JP2017084955A - Interposer and method of manufacturing interposer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable interposer capable of high speed transmission of signals.SOLUTION: An interposer includes a multilayer interconnection where at least one wiring layer is laminated, and each wiring layer has an interconnection and a first insulation layer coating the interconnection and including an organic insulation layer, at least one second insulation layer coating at least one surface, out of the surface on the lowermost layer side and the surface on the uppermost layer side of the multilayer interconnection, and having lower gas permeability and gas emission rate than those of the organic insulation layer, and at least one first interconnection embedded in the second insulation layer, and connected electrically with the second interconnection of an interconnection layer adjacent to the second insulation layer, in the interconnection layer of the multilayer interconnection, where a part of each surface is exposed to the outside.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はインターポーザに関し、開示される一実施形態はインターポーザが有する配線層の構造に関する。   The present invention relates to an interposer, and one disclosed embodiment relates to a structure of a wiring layer included in the interposer.

これまで半導体装置は微細加工技術の進歩により高集積化が進み、高速、低消費電力を主体とした高性能化が達成されてきた。しかし、最近、リソグラフィー技術が限界に達したため、微細化による高集積化が困難になり、これに代わり、2.5D、3Dと呼ばれる実装化技術がさらなる高性能化を図る役割を果たそうとしている。   In the past, semiconductor devices have been highly integrated due to advances in microfabrication technology, and high performance, mainly high speed and low power consumption, has been achieved. However, recently, lithography technology has reached its limit, making it difficult to achieve high integration by miniaturization. Instead, mounting technology called 2.5D, 3D is going to play a role of achieving higher performance. Yes.

2.5D実装は、インターポーザ基板上に配置された多層配線上に複数、異種の半導体装置を実装し、これらの半導体装置間、例えば、ロジックとメモリーチップ間で、配線を介して高速の信号が送受信される。また、処理された結果は、インターポーザの基板となるシリコンまたはガラスを貫通した貫通孔に導体(主にCu)を充填した貫通電極を介してパッケージ基板へ出力される。   In 2.5D mounting, a plurality of different types of semiconductor devices are mounted on a multi-layer wiring arranged on an interposer substrate, and high-speed signals are transmitted between these semiconductor devices, for example, between logic and memory chips via wiring. Sent and received. The processed result is output to the package substrate through a through electrode in which a through hole penetrating silicon or glass serving as a substrate of the interposer is filled with a conductor (mainly Cu).

今後、高速化のさらなる要求から、貫通電極を介した出力の伝送速度は現行の28Gbpsから56Gbpsに引き上げようとされているが、シリコンまたはガラスを基材とした貫通電極では、出力信号の伝送損出が大きく、56Gbpsの伝送速度を達成することは困難である。   In the future, due to the further demand for higher speed, the transmission rate of output through the through electrode is going to be increased from the current 28 Gbps to 56 Gbps. However, with the through electrode made of silicon or glass, the output signal transmission loss The output is large and it is difficult to achieve a transmission rate of 56 Gbps.

例えば、特許文献1には、支持基板上に熱可塑性樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層上に絶縁層及び配線層を順次に形成する工程と、前記絶縁層を貫通し、前記配線層に電気的に導通するようにして層間接続体を形成する工程と、前記配線層上に半導体チップを実装する工程と、前記樹脂層を加熱させ、前記支持基板及び前記絶縁層を、平行及び垂直方向に相対的に移動させて前記樹脂層をせん断し、前記支持基板及び前記絶縁層を分離する工程と、を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a step of forming a resin layer made of a thermoplastic resin on a support substrate, a step of sequentially forming an insulating layer and a wiring layer on the resin layer, and penetrating the insulating layer. Forming an interlayer connection so as to be electrically connected to the wiring layer; mounting a semiconductor chip on the wiring layer; heating the resin layer; and A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of shearing the resin layer by moving relative to each other in parallel and perpendicular directions and separating the support substrate and the insulating layer. .

また、特許文献2には、貫通電極を有さないインターポーザが開示されている。   Patent Document 2 discloses an interposer that does not have a through electrode.

特開2010−010644号公報JP 2010-010644 A 米国特許8,946,884号明細書US Pat. No. 8,946,884

上記特許文献1の方法で製造された半導体装置は、貫通電極を介さずにパッケージ基板に実装することが可能な構成を有している。しかし、この構成では、SiO2膜やSiN膜等の無機膜に埋め込まれた配線と、ポリイミドに埋め込まれたビアが接続されている。このような構成を有していると、無機膜とポリイミドとの熱膨張率の不整合のため、配線とビアとの接合界面に残留応力が生じ、当該界面を境に両者が剥離してしまうことが懸念される。例えばSiO2の熱膨張率は0.5ppm程度であるのに対して、有機材料の熱膨張率は20〜50ppm程度であり、両者は最大で2桁程度異なる。 The semiconductor device manufactured by the method of Patent Document 1 has a configuration that can be mounted on a package substrate without a through electrode. However, in this configuration, a wiring embedded in an inorganic film such as a SiO 2 film or a SiN film and a via embedded in polyimide are connected. With such a configuration, the thermal expansion coefficient mismatch between the inorganic film and the polyimide causes residual stress at the bonding interface between the wiring and the via, and the two peel off at the boundary. There is concern. For example, the thermal expansion coefficient of SiO 2 is about 0.5 ppm, whereas the thermal expansion coefficient of the organic material is about 20 to 50 ppm, and both differ by about two digits at the maximum.

また、上記特許文献2に開示されたインターポーザの構造も、貫通電極を持たずに半田ボールに接続されているため、伝送損出が小さい。しかし、半田ボールと接続する導体の周囲は単層のSiOまたは他の絶縁材料が配置されている。絶縁材料がSiOである場合、半田ボールをリフローするための200℃以上の高温処理時、パッケージ基板はエポキシやポリイミドなどの有機絶縁材料から構成されているため、上述した絶縁材料SiOとの熱膨張率の差によって半田ボールに応力歪が発生し、接合不良を引き起こすことが懸念される。   The structure of the interposer disclosed in Patent Document 2 is also connected to a solder ball without having a through electrode, so that transmission loss is small. However, a single layer of SiO or other insulating material is disposed around the conductor connected to the solder ball. When the insulating material is SiO, the package substrate is made of an organic insulating material such as epoxy or polyimide at the time of a high temperature treatment of 200 ° C. or higher for reflowing the solder balls. There is a concern that stress strain may occur in the solder balls due to the difference in rate, resulting in poor bonding.

従来のインターポーザーは、基板と多層配線層から構成され、基板の材料としてはシリコンやガラスが用いられる。また、多層配線層は再配線層とも呼ばれ、ダマシン法やセミアディティブと呼ばれる方法で形成される。多層配線層上(インターポーザ表面)には、例えば、ロジックLSIとしてAPU(Application Processor Unit)、メモリーLSIとしてHBM(High Bandwidth Memory)規格のDRAMが積層された状態で実装されている。両LSIは半田バンプ、Cuピラーバンプ等を介して接続されている。APUとHBM間は多層配線層の配線を介して高速で信号の送受信が行われ、演算処理が実行される。実行結果の信号は、基板に形成された貫通電極を介してパッケージ基板に出力されるが、貫通電極は出力信号の波形を大きく変形させてしまい、伝送損出を大きくする要因となっている。次世代の半導体装置には56Gbpsの処理能力が要求されているが、貫通電極で発生する伝送損出によってこの処理速度を達成することは困難である。   A conventional interposer is composed of a substrate and a multilayer wiring layer, and silicon or glass is used as the material of the substrate. The multilayer wiring layer is also called a rewiring layer, and is formed by a method called damascene method or semi-additive. On the multilayer wiring layer (interposer surface), for example, an APU (Application Processor Unit) is mounted as a logic LSI and an HBM (High Bandwidth Memory) standard DRAM is stacked as a memory LSI. Both LSIs are connected via solder bumps, Cu pillar bumps, or the like. Signals are transmitted and received between the APU and the HBM at high speed via the wiring of the multilayer wiring layer, and the arithmetic processing is executed. The execution result signal is output to the package substrate through the through electrode formed on the substrate. However, the through electrode greatly deforms the waveform of the output signal, which causes transmission loss to increase. A next-generation semiconductor device is required to have a processing capacity of 56 Gbps, but it is difficult to achieve this processing speed due to transmission loss generated in the through electrode.

また、従来のインターポーザにおいて、配線となる導体としては銅などの金属、配線間の絶縁層はエポキシ樹脂など炭素結合を骨格とする有機材料が用いられる。前述のように、このようなインターポーザを半田バンプをリフローさせてパッケージ基板に接合するとき、200℃以上の温度に曝される。このとき、多層配線を構成する有機材料からガスが発生し、リフロー時に発生したガスが半田バンプ内に拡散してバンプの高さや形状を変化させてしまい、パッケージ基板との接合不良を引き起こす。接合した場合でも、接合力が弱く信頼性の低下の原因となり得る。   In a conventional interposer, a metal such as copper is used as a conductor to be a wiring, and an organic material having a carbon bond skeleton such as an epoxy resin is used as an insulating layer between the wirings. As described above, when such an interposer is joined to the package substrate by reflowing the solder bumps, it is exposed to a temperature of 200 ° C. or higher. At this time, gas is generated from the organic material constituting the multilayer wiring, and the gas generated at the time of reflowing diffuses into the solder bumps and changes the height and shape of the bumps, resulting in poor bonding with the package substrate. Even when bonded, the bonding force is weak and may cause a decrease in reliability.

本発明は上記問題に鑑み、信号の高速伝送が可能であり、信頼性の高いインターポーザを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a highly reliable interposer capable of high-speed signal transmission.

本発明の一態様は、少なくとも一層の配線層が積層され、配線層の各々は、配線及び配線を被覆し、有機絶縁層を含む第1絶縁層を有する多層配線と、多層配線の最下層側の表面及び最上層側の表面の内、少なくとも一方の表面を被覆し、有機絶縁層よりもガスの透過率が低く、且つガスの放出率が低い少なくとも一層の第2絶縁層と、第2絶縁層に被覆され、多層配線の配線層の内、前記第2絶縁層に隣接する配線層が有する第2配線と電気的に接続され、各々の表面の一部が外部に露出した少なくとも一つの第1配線とを備えるインターポーザである。   In one embodiment of the present invention, at least one wiring layer is stacked, and each of the wiring layers covers the wiring and the wiring, and includes a multilayer wiring having a first insulating layer including an organic insulating layer, and a lowermost layer side of the multilayer wiring. At least one of the surface and the surface of the uppermost layer side, having a gas permeability lower than that of the organic insulating layer and a gas release rate of at least one second insulating layer, and a second insulating layer At least one of the wiring layers of the multilayer wiring that is electrically connected to the second wiring of the wiring layer adjacent to the second insulating layer, and a part of each surface is exposed to the outside. It is an interposer provided with one wiring.

このような構成を有することによって、シリコン基板、ガラス基板等を用いた貫通電極を介さずに、半導体装置の出力信号をパッケージ基板に伝送することができる。これによって、信号の送受信の高速化、及び出力信号の伝送損失の低減が可能になる。   With such a configuration, an output signal of the semiconductor device can be transmitted to the package substrate without using a through electrode using a silicon substrate, a glass substrate, or the like. This makes it possible to increase the speed of signal transmission and reception and reduce the transmission loss of output signals.

更に、このような構成を有することによって、インターポーザ及びパッケージ基板の熱膨張率の差を低減することができ、両者に介在する半田バンプ内の残留応力が軽減され、半田バンプの変形や接合不良を抑制することができる。これによって、安定した半導体実装が可能になる。   Furthermore, by having such a configuration, the difference in coefficient of thermal expansion between the interposer and the package substrate can be reduced, the residual stress in the solder bumps interposed between them can be reduced, and the solder bumps can be deformed or have poor bonding. Can be suppressed. Thereby, stable semiconductor mounting becomes possible.

本発明の一態様は、少なくとも一層の配線層が積層され、配線層の各々は、配線及び配線を被覆し、有機絶縁層を含む第1絶縁層を有する多層配線と、多層配線の最下層側の表面及び最上層側の表面の内、少なくとも一方の表面を被覆し、有機絶縁層よりもガスを透過率が低く、且つガスの放出率が低い少なくとも一層の第2絶縁層と、第2絶縁層を貫通し、多層配線の配線層の内、前記第2絶縁層に隣接する配線層が有する第2配線と電気的に接続され、各々の表面の一部が外部に露出した少なくとも一つの第1配線とを備えるインターポーザである。   In one embodiment of the present invention, at least one wiring layer is stacked, and each of the wiring layers covers the wiring and the wiring, and includes a multilayer wiring having a first insulating layer including an organic insulating layer, and a lowermost layer side of the multilayer wiring. And at least one surface of the surface of the uppermost layer and the surface of the uppermost layer, at least one second insulating layer having a lower gas permeability and lower gas release rate than the organic insulating layer, and a second insulating layer At least one first layer that is electrically connected to a second wiring included in a wiring layer adjacent to the second insulating layer among the wiring layers of the multilayer wiring and has a part of each surface exposed to the outside. It is an interposer provided with one wiring.

このような構成を有することによって、シリコン基板、ガラス基板等を用いた貫通電極を介さずに、半導体装置の出力信号をパッケージ基板に伝送することができる。これによって、信号の送受信の高速化、及び出力信号の伝送損失の低減が可能になる。   With such a configuration, an output signal of the semiconductor device can be transmitted to the package substrate without using a through electrode using a silicon substrate, a glass substrate, or the like. This makes it possible to increase the speed of signal transmission and reception and reduce the transmission loss of output signals.

更に、このような構成を有することによって、インターポーザ及びパッケージ基板の熱膨張率の差を低減することができ、両者に介在する半田バンプ内の残留応力が軽減され、半田バンプの変形や接合不良を抑制することができる。これによって、安定した半導体実装が可能になる。   Furthermore, by having such a configuration, the difference in coefficient of thermal expansion between the interposer and the package substrate can be reduced, the residual stress in the solder bumps interposed between them can be reduced, and the solder bumps can be deformed or have poor bonding. Can be suppressed. Thereby, stable semiconductor mounting becomes possible.

第2絶縁層は、無機絶縁層を含んでもよい。   The second insulating layer may include an inorganic insulating layer.

このような構成を有することによって、製造工程における半田バンプのリフロー時に、有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプに到達及び拡散することを更に効果的に抑制することができる。   By having such a configuration, it is possible to more effectively suppress the gas generated in the organic insulating layer from reaching and diffusing into the solder bump during reflow of the solder bump in the manufacturing process.

第1配線の外部に露出した表面は、第2絶縁層の外部に露出した表面と同一の平面上に存在する。   The surface exposed to the outside of the first wiring exists on the same plane as the surface exposed to the outside of the second insulating layer.

このような構成を有することによって、パッケージ基板への実装が容易になる。   By having such a configuration, mounting on the package substrate is facilitated.

第1配線は、バリア層を含み、バリア層は外部に露出した表面を有する。   The first wiring includes a barrier layer, and the barrier layer has a surface exposed to the outside.

このような構成を有することによって、第1導電層の酸化を防止し、パッケージ基板との導通部における抵抗の増大を回避することができる。これによって、安定した半導体実装が可能になり、信頼性の改善した半導体装置を提供することができる。   By having such a configuration, it is possible to prevent the first conductive layer from being oxidized and to avoid an increase in resistance at the conductive portion with the package substrate. As a result, stable semiconductor mounting is possible, and a semiconductor device with improved reliability can be provided.

第1配線に導通する複数の半田バンプを更に備えてもよい。   A plurality of solder bumps conducting to the first wiring may be further provided.

このような構成を有することによって、半田バンプのリフロー時に、有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプに到達及び拡散することによる半田バンプの変形や接合不良を抑制することができる。これによって、安定した半導体実装が可能になり、信頼性の改善した半導体装置を提供することができる。   By having such a configuration, it is possible to suppress solder bump deformation and poor bonding due to the gas generated in the organic insulating layer reaching and diffusing into the solder bump during reflow of the solder bump. As a result, stable semiconductor mounting is possible, and a semiconductor device with improved reliability can be provided.

第1配線に導通する複数のピラーを更に備えてもよい。   A plurality of pillars conducting to the first wiring may be further provided.

このような構成を有することによって、パッケージ基板の微細化に伴う電極パッドの狭ピッチ化に対応することができる。   By having such a configuration, it is possible to cope with a narrow pitch of the electrode pads accompanying the miniaturization of the package substrate.

本発明の一態様は、基板上に配線を形成し、基板上に配線を被覆する絶縁層を成膜し、絶縁層上に有機絶縁層を含む第1絶縁層を形成し、第1絶縁層上に複数の配線層を形成し、基板を除去して配線と絶縁層を露出させることを含むインターポーザの製造方法である。   According to one embodiment of the present invention, a wiring is formed over a substrate, an insulating layer that covers the wiring is formed over the substrate, a first insulating layer including an organic insulating layer is formed over the insulating layer, and the first insulating layer The interposer manufacturing method includes forming a plurality of wiring layers on the substrate and removing the substrate to expose the wiring and the insulating layer.

このような製造方法によって、シリコン基板、ガラス基板等による貫通電極を用いないインターポーザを容易に製造することができる。   By such a manufacturing method, an interposer that does not use a through electrode made of a silicon substrate, a glass substrate, or the like can be easily manufactured.

更に、このような製造方法によって、有機絶縁層を含む第1絶縁層が外部に露出しないインターポーザを容易に製造することができる。   Furthermore, an interposer in which the first insulating layer including the organic insulating layer is not exposed to the outside can be easily manufactured by such a manufacturing method.

絶縁層を成膜することは、第2無機絶縁層を成膜し、第2無機絶縁層被覆する第1無機絶縁層を成膜することを含んでもよい。   Forming the insulating layer may include forming the second inorganic insulating layer and forming the first inorganic insulating layer covering the second inorganic insulating layer.

このような製造方法によって、後述する半田バンプのリフロー時に、有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプに到達及び拡散することを更に効果的に抑制することができる。   With such a manufacturing method, it is possible to further effectively suppress the gas generated in the organic insulating layer from reaching and diffusing into the solder bumps during reflow of the solder bumps described later.

本発明の一態様は、基板上に第2絶縁層を成膜し、絶縁層上に有機絶縁層を含む第1絶縁層を成膜し、第1絶縁層及び第2絶縁層を貫通する開口部を形成し、開口部を導体で充填すると共に配線を形成し、配線上に複数の配線層を形成し、基板を除去して配線と第2絶縁層を露出させることを含むインターポーザの製造方法である。   According to one embodiment of the present invention, a second insulating layer is formed over a substrate, a first insulating layer including an organic insulating layer is formed over the insulating layer, and an opening penetrating the first insulating layer and the second insulating layer is formed. Forming a portion, filling the opening with a conductor, forming a wiring, forming a plurality of wiring layers on the wiring, removing the substrate to expose the wiring and the second insulating layer, and manufacturing method of interposer It is.

このような製造方法によって、シリコン基板、ガラス基板等による貫通電極を用いないインターポーザを容易に製造することができる。   By such a manufacturing method, an interposer that does not use a through electrode made of a silicon substrate, a glass substrate, or the like can be easily manufactured.

更に、このような製造方法によって、有機絶縁層を含む第1絶縁層が外部に露出しないインターポーザを容易に製造することができる。   Furthermore, an interposer in which the first insulating layer including the organic insulating layer is not exposed to the outside can be easily manufactured by such a manufacturing method.

絶縁層を成膜することは、第2無機絶縁層を成膜し、第2無機絶縁層被覆する第1無機絶縁層を成膜することを含んでもよい。   Forming the insulating layer may include forming the second inorganic insulating layer and forming the first inorganic insulating layer covering the second inorganic insulating layer.

このような製造方法によって、後述する半田バンプのリフロー時に、有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプに到達及び拡散することを更に効果的に抑制することができる。   With such a manufacturing method, it is possible to further effectively suppress the gas generated in the organic insulating layer from reaching and diffusing into the solder bumps during reflow of the solder bumps described later.

信号の高速伝送が可能であり、信頼性の高いインターポーザを提供することができる。   It is possible to provide a highly reliable interposer that can transmit signals at high speed.

本発明の一実施形態に係るインターポーザの構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 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本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一変形例に係るインターポーザの構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the interposer which concerns on one modification of this invention. 本発明の一変形例に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one modification of this invention. 本発明の一変形例に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one modification of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 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本発明の一実施形態に係るインターポーザの構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the interposer which concerns on one Embodiment of this invention. 熱サイクル試験に用いたインターポーザの構造を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the interposer used for the thermal cycle test. 熱サイクル試験に用いた各サンプルのインターポーザの構造を説明する拡大断面図である。It is an expanded sectional view explaining the structure of the interposer of each sample used for the thermal cycle test.

以下、本発明の実施形態に係るインターポーザ100の構成及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。   Hereinafter, a configuration of an interposer 100 according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the drawings. In addition, embodiment shown below is an example of embodiment of this invention, This invention is limited to these embodiment, and is not interpreted. Note that in the drawings referred to in this embodiment, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference symbols or similar symbols, and repeated description thereof may be omitted. In addition, the dimensional ratio in the drawing may be different from the actual ratio for convenience of explanation, or a part of the configuration may be omitted from the drawing.

<第1実施形態>
図面を用いて、本実施形態に係るインターポーザ100の構成及び製造方法について詳細に説明する。
[構成]
先ず、本実施形態に係るインターポーザ100の構成について詳細に説明する。図1は、インターポーザ100の構成を説明する断面図である。図1aは、インターポーザ100の概略構成を説明する断面図であり、図1bは、パッケージ基板102に実装したインターポーザ100の表面付近の構成を説明する拡大断面図である。
<First Embodiment>
The configuration and manufacturing method of the interposer 100 according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
[Constitution]
First, the configuration of the interposer 100 according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the interposer 100. FIG. 1 a is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the interposer 100, and FIG. 1 b is an enlarged cross-sectional view illustrating a configuration near the surface of the interposer 100 mounted on the package substrate 102.

本実施形態に係るインターポーザ100は、少なくとも多層配線104と、絶縁層106と、第1配線108と、複数の半田バンプ110とを備えている。   The interposer 100 according to the present embodiment includes at least a multilayer wiring 104, an insulating layer 106, a first wiring 108, and a plurality of solder bumps 110.

多層配線104は、少なくとも一層の配線層が積層されている。配線層の各々は、配線108及び第1絶縁層112を有している。   In the multilayer wiring 104, at least one wiring layer is laminated. Each of the wiring layers has a wiring 108 and a first insulating layer 112.

複数の配線108の各々は、複数種の導電層の積層構造であってもよく、単層構造であってもよい。本実施形態においては、複数の配線108の各々は、第1導電層108a及び第2導電層108bを有する2層構造を有している。   Each of the plurality of wirings 108 may have a stacked structure of a plurality of types of conductive layers or may have a single layer structure. In the present embodiment, each of the plurality of wirings 108 has a two-layer structure having a first conductive layer 108a and a second conductive layer 108b.

第1導電層108aは、第2導電層108bの上に配置されている。第1導電層108aの材料としては、電気抵抗が低い金属材料が好ましい。例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)などを用いることができる。また、アルミニウム−ネオジウム合金(Al−Nd)やアルミニウム−銅合金(Al−Cu)などのアルミニウム合金を使用することができる。   The first conductive layer 108a is disposed on the second conductive layer 108b. As a material of the first conductive layer 108a, a metal material with low electric resistance is preferable. For example, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), or the like can be used. Alternatively, an aluminum alloy such as an aluminum-neodymium alloy (Al—Nd) or an aluminum-copper alloy (Al—Cu) can be used.

第2導電層108bは、第1導電層108aの下に配置されている。第2導電層108bの材料としては、密着性や、第1導電層108aに対するバリア性を有する材料を使用することが好ましい。例えば、第1導電層108aとしてCuを使用した場合、第2導電層108bとしては、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)、Cr(クロム)等を使用することができる。   The second conductive layer 108b is disposed under the first conductive layer 108a. As a material for the second conductive layer 108b, it is preferable to use a material having adhesiveness and a barrier property to the first conductive layer 108a. For example, when Cu is used as the first conductive layer 108a, the second conductive layer 108b is made of titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), Cr (chromium), or the like. Can be used.

複数の第1絶縁層112は、複数の配線108の各々を絶縁している。複数の第1絶縁層112の各々は、複数種の絶縁層の積層構造であってもよく、単層構造であってもよい。複数の第1絶縁層112の各々は、少なくとも有機絶縁層を含む。有機絶縁層としては、例えばポリイミドを用いることができる。本実施形態においては、第1絶縁層112としてポリイミドを用いる。   The plurality of first insulating layers 112 insulate each of the plurality of wirings 108. Each of the plurality of first insulating layers 112 may have a stacked structure of a plurality of types of insulating layers, or may have a single layer structure. Each of the plurality of first insulating layers 112 includes at least an organic insulating layer. For example, polyimide can be used as the organic insulating layer. In the present embodiment, polyimide is used as the first insulating layer 112.

第2絶縁層106は、多層配線104の少なくとも一方の表面を被覆している。第2絶縁層106は、複数種の絶縁層の積層構造であってもよく、単層構造であってもよい。第2絶縁層106としては、第1絶縁層112が有する有機絶縁層よりもガスの透過率が低く、且つガスの放出率が低い材料を用いる。   The second insulating layer 106 covers at least one surface of the multilayer wiring 104. The second insulating layer 106 may have a stacked structure of a plurality of types of insulating layers, or may have a single layer structure. As the second insulating layer 106, a material having a lower gas permeability and a lower gas emission rate than the organic insulating layer included in the first insulating layer 112 is used.

ここで言うガスとは、後述する半田バンプ110のリフロー時に有機絶縁層が放出するガスを指す。有機絶縁層から放出されるガスは主に、水分や炭素と酸素の結合化合物である。   The gas here refers to a gas released from the organic insulating layer when the solder bump 110 described later is reflowed. The gas released from the organic insulating layer is mainly water or a combined compound of carbon and oxygen.

有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプ110に到達及び拡散すると、半田バンプ110の変形や接合不良が生じ、半導体実装が不安定となり、半導体装置の信頼性が低下してしまうという問題がある。   When the gas generated in the organic insulating layer reaches and diffuses to the solder bumps 110, the solder bumps 110 are deformed or bonded poorly, the semiconductor mounting becomes unstable, and the reliability of the semiconductor device is lowered. .

有機絶縁層よりもガスの透過率が低く、且つガスの放出率が低い材料としては、例えば酸化珪素(SiO2)や窒化珪素(SiN)等の無機絶縁材料、又はテフロン(登録商標)等の有機絶縁材料が挙げられる。本実施形態においては、第2絶縁層106は、第1無機絶縁層106a及び第2無機絶縁層106bの2層構造を有しており、第1無機絶縁層106aは、第2無機絶縁層106bの上に配置されている。第1無機絶縁層106aとしてSiO2、第2無機絶縁層106bとしてSiNを用いている。 Examples of materials having a lower gas permeability and lower gas release rate than the organic insulating layer include inorganic insulating materials such as silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (SiN), and Teflon (registered trademark). An organic insulating material is mentioned. In the present embodiment, the second insulating layer 106 has a two-layer structure of a first inorganic insulating layer 106a and a second inorganic insulating layer 106b, and the first inorganic insulating layer 106a is a second inorganic insulating layer 106b. Is placed on top. SiO 2 is used as the first inorganic insulating layer 106a, and SiN is used as the second inorganic insulating layer 106b.

このような構成を有することによって、製造工程における半田バンプ110のリフロー時に、有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプ110に到達及び拡散することを更に効果的に抑制することができる。   By having such a configuration, it is possible to more effectively suppress the gas generated in the organic insulating layer from reaching and diffusing into the solder bump 110 when the solder bump 110 is reflowed in the manufacturing process.

第1配線108は、最下層の配線層に配置された配線108であり、第2絶縁層106に埋設されている。本実施形態においては、第1配線108の側壁及び上面が第2絶縁層106に被覆されている。更に、第1配線108の上面において、多層配線104の配線層の内、第2絶縁層に隣接する配線層が有する第2配線と電気的に接続されている。   The first wiring 108 is a wiring 108 arranged in the lowermost wiring layer and is embedded in the second insulating layer 106. In the present embodiment, the side walls and the upper surface of the first wiring 108 are covered with the second insulating layer 106. Further, on the upper surface of the first wiring 108, the wiring is electrically connected to the second wiring included in the wiring layer adjacent to the second insulating layer among the wiring layers of the multilayer wiring 104.

このような構成を有することによって、シリコン基板、ガラス基板等を用いた貫通電極を介さずに、半導体装置の出力信号をパッケージ基板に伝送することができる。これによって、信号の送受信の高速化、及び出力信号の伝送損失の低減が可能になる。   With such a configuration, an output signal of the semiconductor device can be transmitted to the package substrate without using a through electrode using a silicon substrate, a glass substrate, or the like. This makes it possible to increase the speed of signal transmission and reception and reduce the transmission loss of output signals.

更に、このような構成を有することによって、インターポーザ100及びパッケージ基板102の熱膨張率の差を低減することができ、両者に介在する半田バンプ110内の残留応力が軽減され、半田バンプ110の変形や接合不良を抑制することができる。これによって、安定した半導体実装が可能になる。   Furthermore, by having such a configuration, the difference in coefficient of thermal expansion between the interposer 100 and the package substrate 102 can be reduced, the residual stress in the solder bump 110 interposed between them can be reduced, and the deformation of the solder bump 110 can be reduced. And bonding failure can be suppressed. Thereby, stable semiconductor mounting becomes possible.

従来のインターポーザは、SiO2等の無機材料と配線のみから構成され、パッケージ基板はエポキシ等の有機材料から構成されるため、両者の熱膨張率の差に起因し、両者を介在する半田バンプ内に残留応力が生じて接続強度が低下するという問題があった。これによって、信頼性が低下してしまう。例えばSiO2の熱膨張率は0.5ppm程度であるのに対して、有機材料の熱膨張率は20〜50ppm程度であり、両者は最大で2桁程度異なる。 The conventional interposer is composed of only inorganic material such as SiO 2 and wiring, and the package substrate is composed of organic material such as epoxy. There is a problem that the connection strength is reduced due to residual stress. As a result, the reliability decreases. For example, the thermal expansion coefficient of SiO 2 is about 0.5 ppm, whereas the thermal expansion coefficient of the organic material is about 20 to 50 ppm, and both differ by about two digits at the maximum.

本実施形態によれば、インターポーザ100の配線層は、有機絶縁層及び無機絶縁層の積層構造を有するため、インターポーザ100全体の熱膨張率としては有機絶縁層の熱膨張率よりも小さくなり、インターポーザ100及びパッケージ基板102の熱膨張率の差が低減される。   According to this embodiment, since the wiring layer of the interposer 100 has a laminated structure of an organic insulating layer and an inorganic insulating layer, the thermal expansion coefficient of the entire interposer 100 is smaller than the thermal expansion coefficient of the organic insulating layer. The difference in coefficient of thermal expansion between 100 and the package substrate 102 is reduced.

本実施形態においては、第1配線108は、第2絶縁層106の外部に露出した表面と同一の平面上に存在する表面を有する。つまり、インターポーザ100の表面のうち、第1配線108が配置された側はほぼ平坦である。尚、インターポーザ100の内部の領域に対して、それ以外の領域を外部という。   In the present embodiment, the first wiring 108 has a surface that exists on the same plane as the surface exposed to the outside of the second insulating layer 106. That is, the side on which the first wiring 108 is disposed on the surface of the interposer 100 is substantially flat. Note that the area other than the area inside the interposer 100 is called the outside.

このような構成を有することによって、パッケージ基板102への実装が容易になる。   By having such a configuration, mounting on the package substrate 102 is facilitated.

第1配線108は、複数種の導電層の積層構造であってもよく、単層構造であってもよい。本実施形態においては、第1配線108は、第1導電層108a及び第2導電層108bを有する2層構造としている。以下では、特に第2導電層108bをバリア層108bとも呼び、バリア層108bは外部に露出している。これによって第1導電層108aは、第2絶縁層106及びバリア層108bによって表面を被覆され、外部に露出しない構成となっている。   The first wiring 108 may have a stacked structure of a plurality of types of conductive layers, or may have a single layer structure. In the present embodiment, the first wiring 108 has a two-layer structure having a first conductive layer 108a and a second conductive layer 108b. Hereinafter, the second conductive layer 108b is also referred to as a barrier layer 108b, and the barrier layer 108b is exposed to the outside. Accordingly, the surface of the first conductive layer 108a is covered with the second insulating layer 106 and the barrier layer 108b and is not exposed to the outside.

第1導電層108aの材料としては、電気抵抗が低い金属材料が好ましい。例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)などを用いることができる。また、アルミニウム−ネオジウム合金(Al−Nd)やアルミニウム−銅合金(Al−Cu)などのアルミニウム合金を使用することができる。   As a material of the first conductive layer 108a, a metal material with low electric resistance is preferable. For example, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), or the like can be used. Alternatively, an aluminum alloy such as an aluminum-neodymium alloy (Al—Nd) or an aluminum-copper alloy (Al—Cu) can be used.

バリア層108bの材料としては、密着性や、第1導電層108aに対するバリア性を有する材料を使用することが好ましい。例えば、第1導電層108aとしてCuを使用した場合、第2導電層108bとしては、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、ニッケル(Ni)等の高融点金属を使用することができる。また、Ni/Au等の複数層を有する構成としてもよい。   As a material for the barrier layer 108b, it is preferable to use a material having adhesiveness and a barrier property for the first conductive layer 108a. For example, when Cu is used as the first conductive layer 108a, a refractory metal such as titanium (Ti), titanium nitride (TiN), nickel (Ni), or the like can be used as the second conductive layer 108b. Moreover, it is good also as a structure which has multiple layers, such as Ni / Au.

このような構成を有することによって、第1導電層108aの酸化を防止し、パッケージ基板102との導通部における抵抗の増大を回避することができる。これによって、安定した半導体実装が可能になり、信頼性の改善した半導体装置を提供することができる。   With such a configuration, oxidation of the first conductive layer 108a can be prevented, and an increase in resistance at a conduction portion with the package substrate 102 can be avoided. As a result, stable semiconductor mounting is possible, and a semiconductor device with improved reliability can be provided.

本実施形態に係るインターポーザ100は、複数の半田バンプ110を更に備えてもよい。複数の半田バンプ110の各々は、第1配線108に導通している。   The interposer 100 according to this embodiment may further include a plurality of solder bumps 110. Each of the plurality of solder bumps 110 is electrically connected to the first wiring 108.

以上、本実施形態に係るインターポーザの構成について説明した。以上のような構成を有することによって、後述する半田バンプ110のリフロー時に、有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプ110に到達及び拡散することによる半田バンプ110の変形や接合不良を抑制することができる。これによって、安定した半導体実装が可能になり、信頼性の改善した半導体装置を提供することができる。   The configuration of the interposer according to this embodiment has been described above. By having the above-described configuration, it is possible to suppress deformation and bonding failure of the solder bump 110 due to the gas generated in the organic insulating layer reaching and diffusing into the solder bump 110 during reflow of the solder bump 110 described later. Can do. As a result, stable semiconductor mounting is possible, and a semiconductor device with improved reliability can be provided.

[製造方法]
次いで、本実施形態に係るインターポーザ100の製造方法について詳細に説明する。図2乃至図13は、本実施形態に係るインターポーザ100の構成を説明する断面図である。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the interposer 100 according to the present embodiment will be described in detail. 2 to 13 are cross-sectional views illustrating the configuration of the interposer 100 according to the present embodiment.

先ず、支持基板としての基板116上にSiO2層118、バリア層108b、及び導電層108cをこの順で成膜する(図2(a))。支持基板としての基板116としては、本実施形態においてはSi基板を用いる。SiO2層118は、プラズマCVD法やスパッタリング法等を用いて成膜することができる。バリア層108bは、スパッタリング法を用いて成膜することができる。導電層108cは、めっき給電のためのシード層であり、スパッタリング法又は無電解めっき法を用いて成膜することができる。本実施形態においては、導電層108cとして銅(Cu)を用いる。 First, an SiO 2 layer 118, a barrier layer 108b, and a conductive layer 108c are formed in this order on a substrate 116 as a supporting substrate (FIG. 2A). In the present embodiment, a Si substrate is used as the substrate 116 as the support substrate. The SiO 2 layer 118 can be formed using a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. The barrier layer 108b can be formed by a sputtering method. The conductive layer 108c is a seed layer for plating power supply and can be formed using a sputtering method or an electroless plating method. In the present embodiment, copper (Cu) is used as the conductive layer 108c.

次いで、第1配線108のパターンを形成するために、導電層108c上にフォトレジスト120を塗布し、第1配線108を形成する領域のフォトレジスト120を選択的に露光して除去する(図2(b))。   Next, in order to form a pattern of the first wiring 108, a photoresist 120 is applied on the conductive layer 108c, and the photoresist 120 in a region where the first wiring 108 is formed is selectively exposed and removed (FIG. 2). (B)).

次いで、電解めっき法により、既に成膜した導電層108cをシード層として、めっき成長させる(図3(a))。   Next, plating growth is performed by electrolytic plating using the already formed conductive layer 108c as a seed layer (FIG. 3A).

次いで、フォトレジスト120を剥離し、フォトレジスト120に覆われていた領域のバリア層108b及び導電層108cをウェットエッチングにより除去する。以上の工程によって、基板上116に第1配線108のパターンを形成する(図3(b))。   Next, the photoresist 120 is peeled off, and the barrier layer 108b and the conductive layer 108c in the region covered with the photoresist 120 are removed by wet etching. Through the above steps, the pattern of the first wiring 108 is formed on the substrate 116 (FIG. 3B).

次いで、基板上116に第1配線108のパターンを被覆する第2絶縁層106を成膜する。   Next, the second insulating layer 106 that covers the pattern of the first wiring 108 is formed on the substrate 116.

第2絶縁層106の成膜は、第2無機絶縁層106bを成膜し、第2無機絶縁層106bを被覆する第1無機絶縁層106aを成膜することを含んでもよい。本実施形態においては、第2絶縁層106は第1無機絶縁層106a及び第2無機絶縁層106bの2層構造を有し、第1無機絶縁層106aとして珪素(SiO2)、第2無機絶縁層106bとして窒化珪素(SiN)を用いる。 The formation of the second insulating layer 106 may include forming the second inorganic insulating layer 106b and forming the first inorganic insulating layer 106a that covers the second inorganic insulating layer 106b. In the present embodiment, the second insulating layer 106 has a two-layer structure of a first inorganic insulating layer 106a and a second inorganic insulating layer 106b. As the first inorganic insulating layer 106a, silicon (SiO 2 ) and a second inorganic insulating layer are used. Silicon nitride (SiN) is used for the layer 106b.

このような製造方法によって、後述する半田バンプ110のリフロー時に、有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプ110に到達及び拡散することを更に効果的に抑制することができる。   By such a manufacturing method, it is possible to more effectively suppress the gas generated in the organic insulating layer from reaching and diffusing into the solder bump 110 during reflow of the solder bump 110 described later.

次いで、第2絶縁層106上に有機絶縁層を含む第1絶縁層112を成膜する(図4(a))。第1絶縁層112は、複数種の絶縁層の積層構造であってもよく、単層構造であってもよい。第1絶縁層112は、少なくとも有機絶縁層を含む。本実施形態においては、第1絶縁層112としてポリイミドを用いる。   Next, a first insulating layer 112 including an organic insulating layer is formed on the second insulating layer 106 (FIG. 4A). The first insulating layer 112 may have a stacked structure of a plurality of types of insulating layers, or may have a single layer structure. The first insulating layer 112 includes at least an organic insulating layer. In the present embodiment, polyimide is used as the first insulating layer 112.

次いで、第1絶縁層112上に複数の配線層を形成する。以下では、2層目の配線層を形成する工程について説明するが、3層目以降の配線層についても2層目と同様にして形成することができる。   Next, a plurality of wiring layers are formed on the first insulating layer 112. In the following, the step of forming the second wiring layer will be described, but the third and subsequent wiring layers can be formed in the same manner as the second layer.

第1絶縁層112上に、プラズマCVD法によってSiO2層119を成膜する。更に、SiO2層119上にフォトレジスト120を塗布し、フォトリソグラフィ工程によって、2層目の配線層が有する第2配線108と第1配線108とを接続するためのビア122についてパターニングを行う(図4(b))。次いで、フォトレジスト120をマスクとしてSiO2層119をプラズマエッチングする(図5(a))。 A SiO 2 layer 119 is formed on the first insulating layer 112 by plasma CVD. Furthermore, a photoresist 120 is applied on the SiO 2 layer 119, and patterning is performed on the via 122 for connecting the second wiring 108 and the first wiring 108 included in the second wiring layer by a photolithography process ( FIG. 4 (b)). Next, the SiO 2 layer 119 is plasma etched using the photoresist 120 as a mask (FIG. 5A).

次いで、第1絶縁層112、第1無機絶縁層106a、第2無機絶縁層106bの順にプラズマエッチングによって除去する(図5(b))。このエッチング工程において、フォトレジスト120は第1絶縁層112のエッチング時に除去される。フォトレジスト120が除去された後は、第1絶縁層112がマスクとなり、第1無機絶縁層106a及び第2無機絶縁層106bがエッチングされる。   Next, the first insulating layer 112, the first inorganic insulating layer 106a, and the second inorganic insulating layer 106b are sequentially removed by plasma etching (FIG. 5B). In this etching process, the photoresist 120 is removed when the first insulating layer 112 is etched. After the photoresist 120 is removed, the first inorganic insulating layer 106a and the second inorganic insulating layer 106b are etched using the first insulating layer 112 as a mask.

尚、第1絶縁層112として感光性の有機材料を用いる場合は、上述のエッチング工程に替えて、第1絶縁層112を露光及び現像してパターニングし、第1絶縁層112をマスクとして第1無機絶縁層106a及び第2無機絶縁層106bをエッチングしてもよい。   In the case where a photosensitive organic material is used as the first insulating layer 112, the first insulating layer 112 is exposed and developed and patterned in place of the above-described etching process, and the first insulating layer 112 is used as a mask. The inorganic insulating layer 106a and the second inorganic insulating layer 106b may be etched.

次いで、第2配線108及びビア122を以下の手順で形成する。第2配線108が有するバリア層108b及び導電層108cを成膜する。バリア層108bは、第1配線のバリア層108bと同様の材料を用いてよく、スパッタリング法によって成膜することができる。導電層108cは電解めっき法によって成長させるためのシード層であり、最下層の配線108が有する第1導電層108aと同様の材料を用いてよい。導電層108cは、スパッタリング法によって成膜することができる。   Next, the second wiring 108 and the via 122 are formed by the following procedure. A barrier layer 108b and a conductive layer 108c included in the second wiring 108 are formed. The barrier layer 108b may be formed using a material similar to that of the barrier layer 108b of the first wiring, and can be formed by a sputtering method. The conductive layer 108c is a seed layer for growing by electrolytic plating, and the same material as the first conductive layer 108a included in the lowermost wiring 108 may be used. The conductive layer 108c can be formed by a sputtering method.

次いで、フォトレジスト120を塗布し、第2配線108のパターニングを行う(図6(a))。次いで、電解めっき法により、導電層109cを成長させる(図6(b))。   Next, a photoresist 120 is applied, and the second wiring 108 is patterned (FIG. 6A). Next, the conductive layer 109c is grown by electrolytic plating (FIG. 6B).

次いで、フォトレジストを除去し、フォトレジストに覆われていたバリア層108b及び導電層108cをウェットエッチングにより除去して第2配線108を形成する(図7)。尚、ウェットエッチングの他に、イオンミリングして除去してもよい。第2配線108を形成した後、2層目の第1絶縁層112を形成する。ここで、最下層の配線層と同様に、2層の第2絶縁層106(第1絶縁層106a及び第2絶縁層106b)及び第1絶縁層112を形成して2層目の配線層としてもよい。また、第2配線108の上に直接第1絶縁層112を形成して2層目の配線層としてもよい。   Next, the photoresist is removed, and the second wiring 108 is formed by removing the barrier layer 108b and the conductive layer 108c covered with the photoresist by wet etching (FIG. 7). In addition to wet etching, it may be removed by ion milling. After the second wiring 108 is formed, a second first insulating layer 112 is formed. Here, similarly to the lowermost wiring layer, the second insulating layer 106 (the first insulating layer 106a and the second insulating layer 106b) and the first insulating layer 112 are formed as a second wiring layer. Also good. Alternatively, the first insulating layer 112 may be formed directly on the second wiring 108 to form a second wiring layer.

次いで、2層目の配線層と同様にして、その上に複数の配線層を形成する(図8)。尚、最上層の配線108は、実装用に例えばCu/Ni/Auといった層構造を有していてもよい。また、最上層の配線108に例えばCuピラーを形成してもよい。   Next, in the same manner as the second wiring layer, a plurality of wiring layers are formed thereon (FIG. 8). The uppermost wiring 108 may have a layer structure such as Cu / Ni / Au for mounting. Further, for example, a Cu pillar may be formed in the uppermost wiring 108.

次いで、基板116を除去して、第1配線108及び第2絶縁層106を露出させる。基板116を除去する工程としては、先ず、接着剤124を介してインターポーザ100の最上層にサポート基板126を貼り付ける。サポート基板126としては、例えばSi基板を用いることができる。   Next, the substrate 116 is removed to expose the first wiring 108 and the second insulating layer 106. As a step of removing the substrate 116, first, the support substrate 126 is attached to the uppermost layer of the interposer 100 through the adhesive 124. As the support substrate 126, for example, a Si substrate can be used.

次いで、支持基板としての基板116の裏面を研磨し、薄膜化する(図9)。ここで、基板116が10μm程度まで薄膜化することが望ましい。尚、本実施形態においては、基板116としてSi基板を用いている。   Next, the back surface of the substrate 116 as a support substrate is polished and thinned (FIG. 9). Here, it is desirable to reduce the thickness of the substrate 116 to about 10 μm. In the present embodiment, a Si substrate is used as the substrate 116.

次いで、SiとSiO2との選択比が5以上となるよう、CF系、CHF系を含む混合ガスを用いたプラズマエッチングによって、残存した基板116を除去してSiO2層118を露出させる(図10)。 Next, the remaining substrate 116 is removed to expose the SiO 2 layer 118 by plasma etching using a mixed gas containing CF and CHF so that the selection ratio between Si and SiO 2 is 5 or more (FIG. 10).

尚、ここでのプラズマエッチングにおいて、Cl2、BCl3等の塩素を含むガスを用いてもよい。または、TMAHやKOH等の薬液を用いて、残存した基板116を除去してもよい。 In this plasma etching, a gas containing chlorine such as Cl 2 or BCl 3 may be used. Alternatively, the remaining substrate 116 may be removed using a chemical solution such as TMAH or KOH.

次いで、SiO2層118と第2無機絶縁層106bとの選択比が5以上のCF系、CHF系を含む混合ガスを用いて、プラズマエッチングによってSiO2層118を除去して、第1配線108の表面と第2無機絶縁層106bの表面を露出させる(図11)。または、HF溶液を用いてSiO2層118を除去して第1配線108の表面と第2無機絶縁層106bの表面を露出させても良い。このような製造方法によって、第1配線108の表面と第2無機絶縁層106bの表面とは同一平面上に存在するように仕上がる。 Next, the selection ratio of the SiO 2 layer 118 and the second inorganic insulating layer 106b is 5 or more CF system, using a mixed gas containing CHF system, by removing the SiO 2 layer 118 by the plasma etching, the first wiring 108 And the surface of the second inorganic insulating layer 106b are exposed (FIG. 11). Alternatively, the SiO 2 layer 118 may be removed using an HF solution to expose the surface of the first wiring 108 and the surface of the second inorganic insulating layer 106b. By such a manufacturing method, the surface of the first wiring 108 and the surface of the second inorganic insulating layer 106b are finished so as to exist on the same plane.

ここで、最下層の配線層が有する第1配線108のバリア層108bをエッチング液で除去しても良い。または、そのままバリア層108bとしてバンプ形成用に用いても良い。   Here, the barrier layer 108b of the first wiring 108 included in the lowermost wiring layer may be removed with an etching solution. Alternatively, the barrier layer 108b may be used as it is for bump formation.

次いで、バリア層108b上にスクリーン印刷を用いてフラックス128を塗布し、メタルマスク130を介して半田ボール110を配置する(図12)。   Next, flux 128 is applied onto the barrier layer 108b using screen printing, and the solder balls 110 are disposed through the metal mask 130 (FIG. 12).

次いで、半田ボール110をリフローさせて半田バンプ110を形成した後、IPAなどの有機溶剤でフラックス128を除去し、最後にサポート基板126と接着材124を除去する(図13)。この状態で、半田バンプ110を介してパッケージ基板102または、半導体装置を接続することが可能となる。   Next, after the solder balls 110 are reflowed to form the solder bumps 110, the flux 128 is removed with an organic solvent such as IPA, and finally the support substrate 126 and the adhesive material 124 are removed (FIG. 13). In this state, the package substrate 102 or the semiconductor device can be connected via the solder bump 110.

以上、本実施形態に係るインターポーザの製造方法について説明した。以上のような製造方法によって、シリコン基板、ガラス基板等による貫通電極を用いないインターポーザ100を容易に製造することができる。   The method for manufacturing the interposer according to the present embodiment has been described above. By the manufacturing method as described above, the interposer 100 that does not use a through electrode made of a silicon substrate, a glass substrate, or the like can be easily manufactured.

更に、このような製造方法によって、有機絶縁層を含む第1絶縁層112が外部に露出しないインターポーザ100を容易に製造することができる。   Furthermore, the interposer 100 in which the first insulating layer 112 including the organic insulating layer is not exposed to the outside can be easily manufactured by such a manufacturing method.

<変形例>
図面を用いて、本変形例に係るインターポーザ150の構成及び製造方法について詳細に説明する。
[構成]
先ず、本変形例に係るインターポーザ150の構成について詳細に説明する。図14は、インターポーザ150の構成を説明する断面図である。
<Modification>
The configuration and manufacturing method of the interposer 150 according to this modification will be described in detail with reference to the drawings.
[Constitution]
First, the configuration of the interposer 150 according to this modification will be described in detail. FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the interposer 150.

本変形例に係るインターポーザ150と、第1実施形態に係るインターポーザ100とを比較すると、本変形例に係るインターポーザ150は、最下層の配線層が有する第1配線108に導通する複数のピラー132を更に備えている。ピラー132はパッケージ基板102とインターポーザ100とを電気的に接続する柱状の端子である。   When comparing the interposer 150 according to the present modification and the interposer 100 according to the first embodiment, the interposer 150 according to the present modification includes a plurality of pillars 132 that are electrically connected to the first wiring 108 included in the lowermost wiring layer. In addition. The pillar 132 is a columnar terminal that electrically connects the package substrate 102 and the interposer 100.

このような構成を有することによって、パッケージ基板102の微細化に伴う電極パッドの狭ピッチ化に対応することができる。   By having such a configuration, it is possible to cope with a narrow pitch of the electrode pads accompanying the miniaturization of the package substrate 102.

[製造方法]
本変形例に係るインターポーザの製造方法150は、第1実施形態に係るインターポーザ100の製造方法において、図11に示したSiO2層118を除去する工程までは共通するため、その説明は省略する。
[Production method]
The interposer manufacturing method 150 according to this modification is common to the method of manufacturing the interposer 100 according to the first embodiment up to the step of removing the SiO 2 layer 118 shown in FIG.

図15に示すように、SiO2層118を除去した後、最下層の配線層側からスパッタリング法によりバリア層132b及び導電層132aを成膜する(図示せず)。次いでフォトレジスト120を塗布し、露光、現像してピラー132についてパターンニングする。導電層132aに給電し、電解めっき法により導電層132aを成長させる。 As shown in FIG. 15, after the SiO 2 layer 118 is removed, a barrier layer 132b and a conductive layer 132a are formed by sputtering from the lowermost wiring layer side (not shown). Next, a photoresist 120 is applied, exposed and developed to pattern the pillars 132. Power is supplied to the conductive layer 132a, and the conductive layer 132a is grown by electrolytic plating.

次いで、フォトレジスト120を剥離し、導電層132a及びバリア層132bをウエットエッチングによって除去してピラー132を形成する。次いで、ピラー132上に半田ボール110を配置し、リフローさせることにより半田バンプ110を形成する(図16)。   Next, the photoresist 120 is peeled off, and the conductive layer 132a and the barrier layer 132b are removed by wet etching to form pillars 132. Next, the solder balls 110 are arranged on the pillars 132 and reflowed to form the solder bumps 110 (FIG. 16).

次いで、サポート基板126と接着剤124とを除去し、図14に示した本変形例に係るインターポーザ150が完成する。この状態で、半田バンプ110を介してパッケージ基板102や半導体装置と接合することができる。   Next, the support substrate 126 and the adhesive 124 are removed, and the interposer 150 according to this modification shown in FIG. 14 is completed. In this state, the package substrate 102 and the semiconductor device can be bonded via the solder bumps 110.

<第2実施形態>
図面を用いて、本実施形態に係るインターポーザ200の構成及び製造方法について詳細に説明する。
[構成]
先ず、本実施形態に係るインターポーザ200の構成について詳細に説明する。図17は、インターポーザ200の構成を説明する断面図である。図17aは、インターポーザ200の概略構成を説明する断面図であり、図17bは、パッケージ基板102に実装したインターポーザ200の表面付近の構成を説明する拡大断面図である。
Second Embodiment
The configuration and manufacturing method of the interposer 200 according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
[Constitution]
First, the configuration of the interposer 200 according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the interposer 200. FIG. 17 a is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the interposer 200, and FIG. 17 b is an enlarged cross-sectional view illustrating a configuration near the surface of the interposer 200 mounted on the package substrate 102.

本実施形態に係るインターポーザ200は、少なくとも多層配線104と、第2絶縁層106と、第1配線108とを備えている。   The interposer 200 according to the present embodiment includes at least a multilayer wiring 104, a second insulating layer 106, and a first wiring 108.

多層配線104は、少なくとも一層の配線層が積層されて構成されている。配線層の各々は、配線108及び複数の第1絶縁層112を有している。   The multilayer wiring 104 is configured by laminating at least one wiring layer. Each wiring layer includes a wiring 108 and a plurality of first insulating layers 112.

複数の配線108の各々は、複数種の導電層の積層構造であってもよく、単層構造であってもよい。本実施形態においては、複数の配線108の各々は、第1導電層108a及び第2導電層108bを有する2層構造を有している。第1導電層108a及び第2導電層108bの材料としては、それぞれ第1実施形態において説明した材料を用いることができ、本実施形態においても同様の材料を用いる。   Each of the plurality of wirings 108 may have a stacked structure of a plurality of types of conductive layers or may have a single layer structure. In the present embodiment, each of the plurality of wirings 108 has a two-layer structure having a first conductive layer 108a and a second conductive layer 108b. As materials for the first conductive layer 108a and the second conductive layer 108b, the materials described in the first embodiment can be used, and the same materials are used in this embodiment.

第2絶縁層106は、多層配線104の最下層側の表面及び最上層側の表面の内、少なくとも一方の表面を被覆している。第2絶縁層106は、複数種の絶縁層の積層構造であってもよく、単層構造であってもよい。第2絶縁層106としては、第1絶縁層112が有する有機絶縁層よりもガスの透過率が低く、且つガスの放出率が低い材料を用いる。   The second insulating layer 106 covers at least one of the lowermost surface and the uppermost surface of the multilayer wiring 104. The second insulating layer 106 may have a stacked structure of a plurality of types of insulating layers, or may have a single layer structure. As the second insulating layer 106, a material having a lower gas permeability and a lower gas emission rate than the organic insulating layer included in the first insulating layer 112 is used.

ここで言うガスとは、後述する半田バンプ110のリフロー時に有機絶縁層が放出するガスを指す。有機絶縁層から放出されるガスは主に、水分や炭素と酸素の結合化合物である。   The gas here refers to a gas released from the organic insulating layer when the solder bump 110 described later is reflowed. The gas released from the organic insulating layer is mainly water or a combined compound of carbon and oxygen.

有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプ110に到達及び拡散すると、半田バンプ110の変形や接合不良が生じ、半導体実装が不安定となり、半導体装置の信頼性が低下してしまうという問題がある。   When the gas generated in the organic insulating layer reaches and diffuses to the solder bumps 110, the solder bumps 110 are deformed or bonded poorly, the semiconductor mounting becomes unstable, and the reliability of the semiconductor device is lowered. .

有機絶縁層よりもガスの透過率が低く、且つガスの放出率が低い材料としては、例えば酸化珪素(SiO2)や窒化珪素(SiN)等の無機絶縁材料、又はテフロン(登録商標)等の有機絶縁材料が挙げられる。本実施形態においては、第2絶縁層106は、第1無機絶縁層106a及び第2無機絶縁層106bの2層構造を有しており、第1無機絶縁層106aは、第2無機絶縁層106bの上に配置されている。第1無機絶縁層106aとしてSiO2、第2無機絶縁層106bとしてSiNを用いている。尚、第2絶縁層106は必ずしもこれらの2層構造を要するわけではなく、SiO2又はSiNのいずれか一方の単層構造でも構わない。 Examples of materials having a lower gas permeability and lower gas release rate than the organic insulating layer include inorganic insulating materials such as silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (SiN), and Teflon (registered trademark). An organic insulating material is mentioned. In the present embodiment, the second insulating layer 106 has a two-layer structure of a first inorganic insulating layer 106a and a second inorganic insulating layer 106b, and the first inorganic insulating layer 106a is a second inorganic insulating layer 106b. Is placed on top. SiO 2 is used as the first inorganic insulating layer 106a, and SiN is used as the second inorganic insulating layer 106b. The second insulating layer 106 does not necessarily require these two-layer structures, and may have a single-layer structure of either SiO 2 or SiN.

配線108がCuであって、Cuとの密着力を高めたい場合には、SiNをCuと密着させることが好ましい。また、他の絶縁材料として、Siを含有する酸化炭化珪素(SiOC)、炭化珪素(SiC)でも良い。両者ともCuとの密着力が強く、有機材料からの脱ガスを抑える効果もある。   In the case where the wiring 108 is Cu and it is desired to increase the adhesion strength with Cu, it is preferable that SiN is adhered to Cu. Further, as another insulating material, silicon oxide silicon carbide (SiOC) or silicon carbide (SiC) containing Si may be used. Both have strong adhesion with Cu, and have the effect of suppressing degassing from organic materials.

このような構成を有することによって、製造工程における半田バンプ110のリフロー時に、有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプ110に到達及び拡散することを更に効果的に抑制することができる。   By having such a configuration, it is possible to more effectively suppress the gas generated in the organic insulating layer from reaching and diffusing into the solder bump 110 when the solder bump 110 is reflowed in the manufacturing process.

第1配線108は、第2絶縁層106を貫通している。これに伴い、第1配線108の一部の表面が外部に露出している。本実施形態においては、第1配線108の側壁が第2絶縁層106と接触している。   The first wiring 108 passes through the second insulating layer 106. As a result, a part of the surface of the first wiring 108 is exposed to the outside. In the present embodiment, the sidewall of the first wiring 108 is in contact with the second insulating layer 106.

このような構成を有することによって、シリコン基板、ガラス基板等を用いた貫通電極を介さずに、半導体装置の出力信号をパッケージ基板102に伝送することができる。これによって、信号の送受信の高速化、及び出力信号の伝送損失の低減が可能になる。   With such a configuration, an output signal of the semiconductor device can be transmitted to the package substrate 102 without using a through electrode using a silicon substrate, a glass substrate, or the like. This makes it possible to increase the speed of signal transmission and reception and reduce the transmission loss of output signals.

本実施形態においては、第1配線108の外部に露出した表面は、第2絶縁層106の外部に露出した表面と同一の平面上に存在する。つまり、インターポーザ100の表面のうち、第1配線108が配置された側は平坦である。   In the present embodiment, the surface exposed to the outside of the first wiring 108 exists on the same plane as the surface exposed to the outside of the second insulating layer 106. That is, the side where the first wiring 108 is disposed on the surface of the interposer 100 is flat.

このような構成を有することによって、パッケージ基板102への実装が容易になる。   By having such a configuration, mounting on the package substrate 102 is facilitated.

第1配線108は、複数種の導電層の積層構造であってもよく、単層構造であってもよい。本実施形態においては、第1配線108は、第1導電層108a及び第2導電層108bを有する2層構造としている。以下では、特に第2導電層108bをバリア層108bとも呼び、バリア層108bは外部に露出している。これによって第1導電層108aは絶縁層106及びバリア層108bによって表面を被覆され、外部に露出しない構成となっている。   The first wiring 108 may have a stacked structure of a plurality of types of conductive layers, or may have a single layer structure. In the present embodiment, the first wiring 108 has a two-layer structure having a first conductive layer 108a and a second conductive layer 108b. Hereinafter, the second conductive layer 108b is also referred to as a barrier layer 108b, and the barrier layer 108b is exposed to the outside. Thus, the surface of the first conductive layer 108a is covered with the insulating layer 106 and the barrier layer 108b and is not exposed to the outside.

このような構成を有することによって、第1導電層108aの酸化を防止し、パッケージ基板102との導通部における抵抗の増大を回避することができる。これによって、安定した半導体実装が可能になり、信頼性の改善した半導体装置を提供することができる。   With such a configuration, oxidation of the first conductive layer 108a can be prevented, and an increase in resistance at a conduction portion with the package substrate 102 can be avoided. As a result, stable semiconductor mounting is possible, and a semiconductor device with improved reliability can be provided.

本実施形態に係るインターポーザ200は、複数の半田バンプ110を更に備えてもよい。複数の半田バンプ110の各々は、第1配線108に導通している。   The interposer 200 according to the present embodiment may further include a plurality of solder bumps 110. Each of the plurality of solder bumps 110 is electrically connected to the first wiring 108.

以上、本実施形態に係るインターポーザ200の構成について説明した。以上のような構成を有することによって、半田バンプ110のリフロー時に、有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプ110に到達及び拡散することによる半田バンプ110の変形や接合不良を抑制することができる。これによって、安定した半導体実装が可能になり、信頼性の改善した半導体装置を提供することができる。   The configuration of the interposer 200 according to the present embodiment has been described above. By having the above-described configuration, it is possible to suppress deformation and poor bonding of the solder bump 110 due to the gas generated in the organic insulating layer reaching and diffusing into the solder bump 110 when the solder bump 110 is reflowed. . As a result, stable semiconductor mounting is possible, and a semiconductor device with improved reliability can be provided.

[製造方法]
次いで、本実施形態に係るインターポーザ200の製造方法について詳細に説明する。図18乃至図24は、本実施形態に係るインターポーザ200の構成を説明する断面図である。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the interposer 200 according to the present embodiment will be described in detail. 18 to 24 are cross-sectional views illustrating the configuration of the interposer 200 according to this embodiment.

先ず、支持基板としての基板116上にSiO2層118、第2絶縁層106、第1絶縁層112としての有機絶縁層をこの順で成膜する(図18)。支持基板としては例えばSi基板を用いることができる。SiO2層118は、プラズマCVD法やスパッタリング法等を用いて成膜することができる。 First, an SiO 2 layer 118, a second insulating layer 106, and an organic insulating layer as a first insulating layer 112 are formed in this order on a substrate 116 as a supporting substrate (FIG. 18). For example, a Si substrate can be used as the support substrate. The SiO 2 layer 118 can be formed using a plasma CVD method, a sputtering method, or the like.

第2絶縁層106の成膜は、第2無機絶縁層106bを成膜し、第2無機絶縁層106bを被覆する第1無機絶縁層106aを成膜することを含んでもよい。本実施形態においては、第2絶縁層106は第1無機絶縁層106a及び第2無機絶縁層106bの2層構造を有し、第1無機絶縁層106aとして酸化珪素(SiO2)、第2無機絶縁層106bとして窒化珪素(SiN)を形成する。 The formation of the second insulating layer 106 may include forming the second inorganic insulating layer 106b and forming the first inorganic insulating layer 106a that covers the second inorganic insulating layer 106b. In the present embodiment, the second insulating layer 106 has a two-layer structure of a first inorganic insulating layer 106a and a second inorganic insulating layer 106b. As the first inorganic insulating layer 106a, silicon oxide (SiO 2 ) and second inorganic insulating layer 106a are used. Silicon nitride (SiN) is formed as the insulating layer 106b.

このような製造方法によって、後述する半田バンプ110のリフロー時に、有機絶縁層中で発生するガスが半田バンプ110に到達及び拡散することを更に効果的に抑制することができる。   By such a manufacturing method, it is possible to more effectively suppress the gas generated in the organic insulating layer from reaching and diffusing into the solder bump 110 during reflow of the solder bump 110 described later.

次いで、第2絶縁層106上に有機絶縁層を含む第1絶縁層112を成膜する。第1絶縁層112は、複数種の絶縁層の積層構造であってもよく、単層構造であってもよい。第1絶縁層112は、少なくとも有機絶縁層を含む。本実施形態においては、第1絶縁層112としてポリイミドを用いる。   Next, a first insulating layer 112 including an organic insulating layer is formed over the second insulating layer 106. The first insulating layer 112 may have a stacked structure of a plurality of types of insulating layers, or may have a single layer structure. The first insulating layer 112 includes at least an organic insulating layer. In the present embodiment, polyimide is used as the first insulating layer 112.

次いで、第1絶縁層112及び第2絶縁層106を貫通する開口パターンを形成する。当該開口パターンの形成として、本実施形態においては、第1絶縁層112上にプラズマCVD法によってSiO2層119を成膜する。更に、SiO2層119上にフォトレジスト120を塗布し、フォトリソグラフィ工程によって、第1配線108についてパターニングを行う(図19)。次いで、フォトレジスト120をマスクとしてSiO2層119をプラズマエッチングする(図20)。 Next, an opening pattern penetrating the first insulating layer 112 and the second insulating layer 106 is formed. As the formation of the opening pattern, in this embodiment, a SiO 2 layer 119 is formed on the first insulating layer 112 by plasma CVD. Further, a photoresist 120 is applied on the SiO 2 layer 119, and the first wiring 108 is patterned by a photolithography process (FIG. 19). Next, the SiO 2 layer 119 is plasma etched using the photoresist 120 as a mask (FIG. 20).

次いで、第1絶縁層112、第1無機絶縁層106a、第2無機絶縁層106bの順にプラズマエッチングし、開口部を形成する(図21)。このエッチング工程において、フォトレジスト120は第1絶縁層112のエッチング時に除去される。フォトレジスト120が除去された後は、第1絶縁層112がマスクとなり、第1無機絶縁層106a及び第2無機絶縁層106bがエッチングされる。   Next, plasma etching is performed in the order of the first insulating layer 112, the first inorganic insulating layer 106a, and the second inorganic insulating layer 106b to form openings (FIG. 21). In this etching process, the photoresist 120 is removed when the first insulating layer 112 is etched. After the photoresist 120 is removed, the first inorganic insulating layer 106a and the second inorganic insulating layer 106b are etched using the first insulating layer 112 as a mask.

尚、第1絶縁層112として感光性の有機膜を用いる場合は、第1絶縁層112を露光及び現像してパターニングし、第1絶縁層112をマスクとして第1無機絶縁層106a及び第2無機絶縁層106bをエッチングしてもよい。   In the case where a photosensitive organic film is used as the first insulating layer 112, the first insulating layer 112 is exposed and developed and patterned, and the first inorganic insulating layer 106a and the second inorganic layer are masked using the first insulating layer 112 as a mask. The insulating layer 106b may be etched.

次いで、最下層の配線層が有する第1配線108を形成するために、基板116上にバリア層108b、導電層108cをこの順で成膜する。バリア層108bは、スパッタリング法を用いて成膜することができる。導電層108cは、めっき給電のためのシード層であり、スパッタリング法又は無電解めっき法を用いて成膜することができる。本実施形態においては、導電層108cとして銅(Cu)を用いている。   Next, in order to form the first wiring 108 included in the lowermost wiring layer, a barrier layer 108b and a conductive layer 108c are formed in this order on the substrate 116. The barrier layer 108b can be formed by a sputtering method. The conductive layer 108c is a seed layer for plating power supply and can be formed using a sputtering method or an electroless plating method. In the present embodiment, copper (Cu) is used as the conductive layer 108c.

次いで、2層目の配線層が有する第2配線109のパターンを形成するために、基板116上にフォトレジスト120を塗布し、第2配線108を形成する領域のフォトレジスト120を選択的に露光して除去する(図22(a))。   Next, in order to form a pattern of the second wiring 109 included in the second wiring layer, a photoresist 120 is applied on the substrate 116, and the photoresist 120 in a region where the second wiring 108 is formed is selectively exposed. And removed (FIG. 22A).

次いで、電解めっき法により、既に成膜した導電層108cをシード層として、めっき成長させる(図22(b))。これによって、開口部を導体で充填すると共に第1配線108を形成する。   Next, plating growth is performed by electrolytic plating using the already formed conductive layer 108c as a seed layer (FIG. 22B). As a result, the opening is filled with the conductor and the first wiring 108 is formed.

次いで、フォトレジスト120を剥離し(図23(a))、フォトレジスト120に覆われていたバリア層108b及び導電層108cをウェットエッチングにより除去する。尚、ウェットエッチングの他に、イオンミリングして除去してもよい。以上の工程によって、基板116上に第2配線108を形成することができる(図23(b))。   Next, the photoresist 120 is peeled off (FIG. 23A), and the barrier layer 108b and the conductive layer 108c covered with the photoresist 120 are removed by wet etching. In addition to wet etching, it may be removed by ion milling. Through the above steps, the second wiring 108 can be formed on the substrate 116 (FIG. 23B).

2層目の配線層が有する第2配線108を形成した後、2層目の配線層が有する第1絶縁層112を形成する。ここで、最下層の配線層と同様に、2層の絶縁層106(第1無機絶縁層106a及び第2無機絶縁層106b)及び第1絶縁層112を形成して2層目の配線層としてもよい。また、第2配線108の上に直接第1絶縁層112を形成して2層目の配線層としてもよい。   After the second wiring 108 included in the second wiring layer is formed, the first insulating layer 112 included in the second wiring layer is formed. Here, similarly to the lowermost wiring layer, two insulating layers 106 (first inorganic insulating layer 106a and second inorganic insulating layer 106b) and first insulating layer 112 are formed to form a second wiring layer. Also good. Alternatively, the first insulating layer 112 may be formed directly on the second wiring 108 to form a second wiring layer.

次いで、2層目の配線層と同様にして、その上に複数の配線層を形成する。尚、最上層の配線108は、実装用に例えばCu/Ni/Auといった層構造を有していてもよい。また、最上層の配線108に例えばCuピラーを形成してもよい。   Next, in the same manner as the second wiring layer, a plurality of wiring layers are formed thereon. The uppermost wiring 108 may have a layer structure such as Cu / Ni / Au for mounting. Further, for example, a Cu pillar may be formed in the uppermost wiring 108.

次いで、基板116を除去して、第1配線108及び第2絶縁層106を露出させる(図24)。基板116を除去する方法は、第1実施形態で説明した方法と同様の方法を用いることができるため、詳細な説明は省略する。また、本実施形態においても、第1実施形態と同等に、最下層の配線層が有する第1配線108と導通する複数の半田バンプ110を配置することができる。   Next, the substrate 116 is removed to expose the first wiring 108 and the second insulating layer 106 (FIG. 24). Since the method for removing the substrate 116 can be the same as the method described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. Also in the present embodiment, a plurality of solder bumps 110 that are electrically connected to the first wiring 108 included in the lowermost wiring layer can be disposed as in the first embodiment.

以上、本実施形態に係るインターポーザ200の製造方法について説明した。このような製造方法によって、シリコン基板、ガラス基板等による貫通電極を用いないインターポーザ200を容易に製造することができる。   The manufacturing method of the interposer 200 according to the present embodiment has been described above. By such a manufacturing method, the interposer 200 that does not use a through electrode made of a silicon substrate, a glass substrate, or the like can be easily manufactured.

更に、このような製造方法によって、有機絶縁層を含む第1絶縁層112が外部に露出しないインターポーザ200を容易に製造することができる。   Furthermore, the interposer 200 in which the first insulating layer 112 including the organic insulating layer is not exposed to the outside can be easily manufactured by such a manufacturing method.

<第3実施形態>
図面を用いて、本実施形態に係るインターポーザ300の構成及び製造方法について詳細に説明する。
[構成]
先ず、本実施形態に係るインターポーザ300の構成について詳細に説明する。図25は、インターポーザ300の構成を説明する断面図である。
<Third Embodiment>
The configuration and manufacturing method of the interposer 300 according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
[Constitution]
First, the configuration of the interposer 300 according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the interposer 300.

本実施形態に係るインターポーザ300は、第1実施形態に係るインターポーザ100と比較すると、以下の点で異なっている。インターポーザ300の最上層及び最下層の配線層108の表面を、それぞれ第3絶縁層107及び第2絶縁層106が被覆している。更に、最上層と最下層に半田バンプ110が配置されている。   The interposer 300 according to the present embodiment differs from the interposer 100 according to the first embodiment in the following points. The surfaces of the uppermost layer and the lowermost wiring layer 108 of the interposer 300 are covered with the third insulating layer 107 and the second insulating layer 106, respectively. Furthermore, solder bumps 110 are arranged on the uppermost layer and the lowermost layer.

このような構成を有することによって、一方の表面をパッケージ基板に、他方の表面を半導体装置に接続することができる。   With such a structure, one surface can be connected to the package substrate and the other surface can be connected to the semiconductor device.

[製造方法]
本変形例に係るインターポーザの製造方法300は、第1実施形態に係るインターポーザ100の製造方法において、図7に示した第2配線109を形成する工程までは共通するため、その説明は省略する。
[Production method]
The interposer manufacturing method 300 according to this modification is common to the manufacturing method of the interposer 100 according to the first embodiment up to the step of forming the second wiring 109 shown in FIG.

第1実施形態に係るインターポーザ100と同様の製造方法において、2層目の配線層が有する第2配線108を形成した後、最上層の配線層の直下の配線層まで形成する(図26)。   In the same manufacturing method as the interposer 100 according to the first embodiment, after the second wiring 108 included in the second wiring layer is formed, the wiring layer immediately below the uppermost wiring layer is formed (FIG. 26).

次いで、以下のようにして最上層の配線層を形成する。最上層の直下の配線層が有する配線108を覆う第1絶縁層112、第1無機絶縁層106a、第2無機絶縁層106bをこの順で成膜する(図27)。第1無機絶縁層106a、第2無機絶縁層106b、第1絶縁層112の材料としては、第1実施形態に係るインターポーザ100において用いた材料を用いることができ、それぞれSiN、SiO2、ポリイミドを用いる。 Next, the uppermost wiring layer is formed as follows. A first insulating layer 112, a first inorganic insulating layer 106a, and a second inorganic insulating layer 106b covering the wiring 108 of the wiring layer immediately below the uppermost layer are formed in this order (FIG. 27). As materials for the first inorganic insulating layer 106a, the second inorganic insulating layer 106b, and the first insulating layer 112, the materials used in the interposer 100 according to the first embodiment can be used, and SiN, SiO 2 , and polyimide can be used. Use.

次いで、第2絶縁層106b上にフォトレジスト120を塗布し、露光及び現像してパターニングする。次いで、フォトレジスト120をマスクとして第1無機絶縁層106a、第2無機絶縁層106bをプラズマエッチングする(図28)。次いで、最上層の直下の配線層が有する配線108が露出するまで、第1絶縁層112をプラズマエッチングする(図29)。フォトレジスト120は、第1絶縁層112のプラズマエッチングと共に除去される。   Next, a photoresist 120 is applied on the second insulating layer 106b, exposed and developed, and patterned. Next, the first inorganic insulating layer 106a and the second inorganic insulating layer 106b are plasma etched using the photoresist 120 as a mask (FIG. 28). Next, the first insulating layer 112 is plasma etched until the wiring 108 included in the wiring layer immediately below the uppermost layer is exposed (FIG. 29). The photoresist 120 is removed together with the plasma etching of the first insulating layer 112.

次いで、バリア層109b、導電層109cをこの順で成膜する(図30)。バリア層109bは、スパッタリング法を用いて成膜することができる。導電層109cは、めっき給電のためのシード層であり、スパッタリング法又は無電解めっき法を用いて成膜することができる。本実施形態においては、導電層109cとして銅(Cu)を用いている。   Next, a barrier layer 109b and a conductive layer 109c are formed in this order (FIG. 30). The barrier layer 109b can be formed by a sputtering method. The conductive layer 109c is a seed layer for plating power supply, and can be formed using a sputtering method or an electroless plating method. In this embodiment, copper (Cu) is used as the conductive layer 109c.

次いで、電解めっき法により、既に成膜した導電層109cをシード層として、めっき成長させる(図33)。   Next, plating growth is performed by electrolytic plating using the already formed conductive layer 109c as a seed layer (FIG. 33).

次いで、表面に成長した導電層109c及びバリア層109bを、第2無機絶縁層106bが露出するまでCMP法(Chemical Mechanical Polishing)によって研磨する(図32)。   Next, the conductive layer 109c and the barrier layer 109b grown on the surface are polished by a CMP method (Chemical Mechanical Polishing) until the second inorganic insulating layer 106b is exposed (FIG. 32).

次いで、表面に露出した導電層109aの表面に、バリア層109dを形成する(図33)。バリア層109dとしては導電層108a側から、例えばNi及びAuの2層構造とし、無電解めっき法を用いて形成することができる。   Next, a barrier layer 109d is formed on the surface of the conductive layer 109a exposed on the surface (FIG. 33). The barrier layer 109d can have a two-layer structure of Ni and Au, for example, from the conductive layer 108a side, and can be formed using an electroless plating method.

次いで、Au上に半田バンプ110を形成する(図34)。半田バンプ110の形成は、第1実施形態で説明した方法を用いることができる。   Next, solder bumps 110 are formed on Au (FIG. 34). The solder bump 110 can be formed using the method described in the first embodiment.

次いで、基板116を除去する。基板116の除去は、第1実施形態で説明した方法を用いることができる。裏面にも半田バンプ116を形成して図25に示した本実施形態に係るインターポーザ300が完成する。   Next, the substrate 116 is removed. The method described in the first embodiment can be used to remove the substrate 116. Solder bumps 116 are also formed on the back surface to complete the interposer 300 according to this embodiment shown in FIG.

最上層に半導体(Si)チップを搭載した場合、SiとSiO/SiNの熱膨張率の差が小さいことから、半田バンプを介した接続で、熱サイクル試験などの信頼性が高くなる。Siの熱膨張率は3ppm、SiOの熱膨張率はは0.5ppm、SiNの熱膨張率は3ppmと比較的近い。有機材料は一般に数十ppmと大きく、搭載したSiチップとの熱膨張差に起因して接続の信頼性が低下する。 When a semiconductor (Si) chip is mounted on the uppermost layer, since the difference in thermal expansion coefficient between Si and SiO 2 / SiN is small, the reliability through a thermal cycle test or the like is increased by connection via solder bumps. The thermal expansion coefficient of Si is 3 ppm, the thermal expansion coefficient of SiO 2 is 0.5 ppm, and the thermal expansion coefficient of SiN is relatively close to 3 ppm. The organic material is generally as large as several tens of ppm, and connection reliability decreases due to a difference in thermal expansion from the mounted Si chip.

以上、本発明の好ましい態様を第1実施形態乃至第3実施形態によって説明した。しかし、これらは単なる例示に過ぎず、本発明の技術的範囲はそれらには限定されない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の変更が可能であろう。よって、それらの変更も当然に、本発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。   In the above, the preferable aspect of this invention was demonstrated by 1st Embodiment thru | or 3rd Embodiment. However, these are merely examples, and the technical scope of the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art will be able to make various modifications without departing from the spirit of the present invention. Therefore, it should be understood that these changes also belong to the technical scope of the present invention.

本発明に係るインターポーザと、従来構造のインターポーザを作製し、熱サイクル試験を行った結果について説明する。   An interposer according to the present invention and an interposer having a conventional structure will be described, and the results of a thermal cycle test will be described.

図35は、熱サイクル試験に用いたインターポーザの構造を説明する断面図である。この試験では、パッケージ基板とインタポーザを作製し、半田バンプで両者を接続した。   FIG. 35 is a cross-sectional view illustrating the structure of the interposer used in the thermal cycle test. In this test, a package substrate and an interposer were produced, and both were connected by solder bumps.

図35の構造を使用して−45〜125℃の温度サイクル試験を行った。1000回の熱サイクル後、パケージ基板とインターポーザ間を図中の点線に沿って通電し、半田バンプ部の接続状態を調べた。半田バンプがパッケージ基板とインターポーザに対して十分な強度で接合をしていないと、接続不良により抵抗値の増加が起こる。   A temperature cycle test of −45 to 125 ° C. was performed using the structure of FIG. After 1000 thermal cycles, the package substrate and the interposer were energized along the dotted lines in the figure, and the connection state of the solder bumps was examined. If the solder bump is not bonded to the package substrate and the interposer with sufficient strength, the resistance value increases due to poor connection.

各サンプルの第1配線層の構造を図36にした。図36(a)は、第1実施形態において、配線108を銅の単層とし、第1配線層を有機膜(ポリイミド)の層間絶縁層113で形成した構造(実施例1)である。図36(b)は、第2実施形態の構造において配線を銅の単層とし、第1配線層を有機膜(ポリイミド)の層間絶縁層113で形成した構造(実施例2)である。図36(c)は、第1配線層を有機膜(ポリイミド)の層間絶縁層113で形成した従来構造(比較例1)である。図36(d)は、第1配線層をプラズマCVD法で成膜したSiO2の層間絶縁層112で形成した従来構造(比較例2)である。 The structure of the first wiring layer of each sample is shown in FIG. FIG. 36A shows a structure (Example 1) in which the wiring 108 is a single layer of copper and the first wiring layer is formed of an interlayer insulating layer 113 of an organic film (polyimide) in the first embodiment. FIG. 36B shows a structure (Example 2) in which the wiring is a single layer of copper and the first wiring layer is formed of an interlayer insulating layer 113 of an organic film (polyimide) in the structure of the second embodiment. FIG. 36C shows a conventional structure (Comparative Example 1) in which the first wiring layer is formed of an interlayer insulating layer 113 of an organic film (polyimide). FIG. 36D shows a conventional structure (Comparative Example 2) in which the first wiring layer is formed of an SiO 2 interlayer insulating layer 112 formed by plasma CVD.

上記の実施例及び比較例の構造において、インターポーザの多層配線は4層の配線を有する。最上層の配線層には層間絶縁層を形成せず、配線は露出している。第2〜第3配線層はポリイミドで形成した。   In the structures of the above-described embodiments and comparative examples, the multilayer wiring of the interposer has four layers of wiring. An interlayer insulating layer is not formed in the uppermost wiring layer, and the wiring is exposed. The second to third wiring layers were made of polyimide.

1サンプルで、半田バンプ数1万個を介して通電できる構造となっている。また、サンプル数は100個で不良率を調べた。   One sample can be energized through 10,000 solder bumps. The number of samples was 100 and the defect rate was examined.

熱サイクル試験の後の不良率は、実施例1の構造で0%、実施例2の構造で6%の不良が発生したのに対して、比較例1の構造では65%、比較例2では88%の不良が発生した。   The defect rate after the heat cycle test was 0% in the structure of Example 1 and 6% in the structure of Example 2, whereas 65% in the structure of Comparative Example 1 and in Comparative Example 2 88% of defects occurred.

比較例1は、半田ボールのリフロー時、第1配線層で用いた有機膜からの脱ガスにより半田ボールが酸化、あるいは変形によって接続強度が不足しており、熱サイクル試験で高い不良率を示した。比較例2では、第1配線層で用いたSiO2とパッケージ基板を構成するエポキシ材料との熱膨張率の差から、半田バンプ内に残留応力による歪が発生し、接合強度が低下して高い不良率が発生した。 In Comparative Example 1, when the solder balls are reflowed, the solder balls are oxidized or deformed due to degassing from the organic film used in the first wiring layer, and the connection strength is insufficient due to the thermal cycle test. It was. In Comparative Example 2, distortion due to residual stress occurs in the solder bump due to the difference in thermal expansion coefficient between SiO 2 used in the first wiring layer and the epoxy material constituting the package substrate, and the bonding strength is reduced and high. A defective rate occurred.

実施例1と実施例2の構造は、第1配線層の有機膜からの脱ガスを第1絶縁層(SiO2)と第2絶縁層(SiO2)が防止して、半田バンプの酸化や変形を抑えた。また、第1配線層のポリイミドとパッケージ基板のエポキシの熱膨張率の差が小さいため、半田ボール内に残留応力が発生しないため、歪による接続強度の低下が起こらず高い強度を保つことができたため、不良率が低くなった。 In the structures of the first and second embodiments, the first insulating layer (SiO 2 ) and the second insulating layer (SiO 2 ) prevent degassing from the organic film of the first wiring layer, and the solder bumps are oxidized. Deformation was suppressed. In addition, since the difference in thermal expansion coefficient between the polyimide of the first wiring layer and the epoxy of the package substrate is small, no residual stress is generated in the solder ball, so that high strength can be maintained without lowering the connection strength due to strain. As a result, the defect rate decreased.

実施例2の構造は、わずかに不良が発生したことから、実施例1の構造の方が更に強い接合強度を維持できたと考えられる。   Since the structure of Example 2 was slightly defective, it is considered that the structure of Example 1 could maintain stronger bonding strength.

100:インターポーザ、 102:パッケージ基板、 104:多層配線、 106:第2絶縁層、 106a、106b:無機絶縁層、 108、109:配線、 110:半田バンプ、 112、113:第1絶縁層、 116:基板、 118、119:SiO2層、 120:フォトレジスト、 120a:開口部、 122:ビア、 124:接着剤、 126:サポート基板、 128:フラックス、 130:メタルマスク、 132:ピラー 100: Interposer, 102: Package substrate, 104: Multilayer wiring, 106: Second insulating layer, 106a, 106b: Inorganic insulating layer, 108, 109: Wiring, 110: Solder bump, 112, 113: First insulating layer, 116 : Substrate, 118, 119: SiO 2 layer, 120: photoresist, 120a: opening, 122: via, 124: adhesive, 126: support substrate, 128: flux, 130: metal mask, 132: pillar

Claims (11)

少なくとも一層の配線層が積層され、前記配線層の各々は、配線及び前記配線を被覆し、有機絶縁層を含む第1絶縁層を有する多層配線と、
前記多層配線の最下層側の表面及び最上層側の表面の内、少なくとも一方の表面を被覆し、前記有機絶縁層よりもガスの透過率が低く、且つガスの放出率が低い少なくとも一層の第2絶縁層と、
前記第2絶縁層に埋設され、前記多層配線の配線層の内、前記第2絶縁層に隣接する配線層が有する第2配線と電気的に接続され、各々の表面の一部が外部に露出した少なくとも一つの第1配線とを備えたインターポーザ。
At least one wiring layer is laminated, each of the wiring layers covering the wiring and the wiring, and a multilayer wiring having a first insulating layer including an organic insulating layer;
At least one of the surfaces of the lowermost layer side and the uppermost layer side of the multilayer wiring that covers at least one surface, has a lower gas permeability than the organic insulating layer, and has a lower gas release rate. Two insulating layers;
Embedded in the second insulating layer and electrically connected to the second wiring of the wiring layer adjacent to the second insulating layer among the wiring layers of the multilayer wiring, a part of each surface is exposed to the outside. An interposer comprising at least one first wiring.
少なくとも一層の配線層が積層され、前記配線層の各々は、配線及び前記配線を被覆し、有機絶縁層を含む第1絶縁層を有する多層配線と、
前記多層配線の最下層側の表面及び最上層側の表面の内、少なくとも一方の表面を被覆し、前記有機絶縁層よりもガスの透過率が低く、且つガスの放出率が低い少なくとも一層の第2絶縁層と、
前記第2絶縁層を貫通し、前記多層配線の配線層の内、前記第2絶縁層に隣接する配線層が有する第2配線と電気的に接続され、各々の表面の一部が外部に露出した少なくとも一つの第1配線とを備えたインターポーザ。
At least one wiring layer is laminated, each of the wiring layers covering the wiring and the wiring, and a multilayer wiring having a first insulating layer including an organic insulating layer;
At least one of the surfaces of the lowermost layer side and the uppermost layer side of the multilayer wiring that covers at least one surface, has a lower gas permeability than the organic insulating layer, and has a lower gas release rate. Two insulating layers;
The second insulating layer penetrates the second insulating layer and is electrically connected to a second wiring included in a wiring layer adjacent to the second insulating layer among the wiring layers of the multilayer wiring, and a part of each surface is exposed to the outside. An interposer comprising at least one first wiring.
前記第2絶縁層は、無機絶縁層を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインターポーザ。   The interposer according to claim 1, wherein the second insulating layer includes an inorganic insulating layer. 前記第1配線の前記外部に露出した表面は、前記第2絶縁層の外部に露出した表面と同一の平面上に存在することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインターポーザ。   3. The interposer according to claim 1, wherein the surface exposed to the outside of the first wiring is on the same plane as the surface exposed to the outside of the second insulating layer. 4. 前記第1配線は、バリア層を含み、前記バリア層は前記外部に露出した表面を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインターポーザ。   The interposer according to claim 1, wherein the first wiring includes a barrier layer, and the barrier layer has a surface exposed to the outside. 前記第1配線に導通する複数の半田バンプを更に備えた請求項1又は請求項2に記載のインターポーザ。   The interposer according to claim 1, further comprising a plurality of solder bumps that are electrically connected to the first wiring. 前記第1配線に導通する複数のピラーを更に備えた請求項1又は請求項2に記載のインターポーザ。   The interposer according to claim 1, further comprising a plurality of pillars connected to the first wiring. 基板上に配線を形成し、
前記基板上に前記配線を被覆する第2絶縁層を成膜し、
前記第2絶縁層上に有機絶縁層を含む第1絶縁層を形成し、
前記第1絶縁層上に複数の配線層を形成し、
前記基板を除去して前記配線と前記第2絶縁層を露出させることを含むインターポーザの製造方法。
Form wiring on the board,
Forming a second insulating layer covering the wiring on the substrate;
Forming a first insulating layer including an organic insulating layer on the second insulating layer;
Forming a plurality of wiring layers on the first insulating layer;
A method for manufacturing an interposer, comprising removing the substrate to expose the wiring and the second insulating layer.
前記第2絶縁層を成膜することは、
第2無機絶縁層を成膜し、
前記第2無機絶縁層を被覆する第1無機絶縁層を成膜することを含む請求項8に記載のインターポーザの製造方法。
Forming the second insulating layer includes
Forming a second inorganic insulating layer;
The manufacturing method of the interposer of Claim 8 including forming the 1st inorganic insulating layer which coat | covers the said 2nd inorganic insulating layer into a film.
基板上に第2絶縁層を成膜し、
前記第2絶縁層上に有機絶縁層を含む第1絶縁層を成膜し、
前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層を貫通する開口部を形成し、
前記開口部を導体で充填すると共に配線を形成し、
前記配線上に複数の配線層を形成し、
前記基板を除去して前記配線と前記第2絶縁層を露出させることを含むインターポーザの製造方法。
Forming a second insulating layer on the substrate;
Forming a first insulating layer including an organic insulating layer on the second insulating layer;
Forming an opening that penetrates the first insulating layer and the second insulating layer;
Filling the opening with a conductor and forming a wiring;
Forming a plurality of wiring layers on the wiring;
A method for manufacturing an interposer, comprising removing the substrate to expose the wiring and the second insulating layer.
前記第2絶縁層を成膜することは、
第2無機絶縁層を成膜し、
前記第2無機絶縁層を被覆する第1無機絶縁層を成膜することを含む請求項10に記載のインターポーザの製造方法。
Forming the second insulating layer includes
Forming a second inorganic insulating layer;
The manufacturing method of the interposer of Claim 10 including forming the 1st inorganic insulating layer which coat | covers the said 2nd inorganic insulating layer into a film.
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