JP4369684B2 - 多層配線基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板とその製造方法に係り、特に半導体チップを搭載するための高密度配線がなされた多層配線基板と、このような多層配線基板を製造するための製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平9−130050号公報
【特許文献2】
特開2003−23251号公報
近年、電子機器の高機能化、小型化、軽量化が進む中で、半導体パッケージの小型化、多ピン化、外部端子のファインピッチ化が求められており、高密度配線基板の要求がますます強くなっている。このため、LSIを直接プリント配線基板に実装したり、あるいはCSP(Chip Size Package)、BGA(Ball grid Array)をプリント配線基板に実装するようになってきた。そして、プリント配線基板も高密度化に対応するために、配線およびビアを1層づつ電気絶縁層を介してコア基板に多層に積み上げていくビルドアップ法で製作した多層配線基板を使用するようになってきた。
【0003】
従来の一般的なビルドアップ多層配線基板では、絶縁基板にドリルでスルーホールを設け、このスルーホール内側に金属めっきを施し、スルーホール内に樹脂または導電性ペーストを充填して形成されたコア基板が使用されていた(特許文献1)。このコア基板は、スルーホールを介して表裏が導通されたものであり、このコア基板上に配線を電気絶縁層を介して多層に積み上げることで多層配線基板が作製されていた。また、最近では、樹脂を充填したスルーホールに蓋めっき(スルーホールの開口部分を塞ぐようにめっき層を形成すること)を行い、上記の蓋めっき部分の直上にビアを配置し、さらに、このビア上にビアを配置するスタック構造の多層配線基板が開発されている(特許文献2)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のスルーホールの形成はドリル加工で行っていたため、スルーホールの開口径はドリル径よりも小さくすることができず、微細なドリルを用たドリル加工では、ドリルの破損頻度が高いものであった。このため、スルーホールの微細化が困難であり、配線設計の自由度が限定されるという問題があった。
また、樹脂を充填したスルーホールに蓋めっきを行った構造では、使用する絶縁基板の熱収縮・熱膨張によって、スルーホール内部に充填した樹脂が伸縮し、これにより、蓋めっき部分に形成されたビアに応力が集中し易く、接続信頼性が低いという問題もあった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、配線設計の自由度が高く高密度配線が可能な多層配線基板と、このような多層配線基板を簡便に製造するための製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、コア基板上に電気絶縁層を介して2層以上の配線を有する多層配線基板において、コア基板は導電性物質が充填され表裏の導通がなされた複数のスルーホールを備えたシリコンコア基板であり、前記スルーホールは開口径が10〜30μmの範囲内、ピッチが開口径の2倍の長さであり、スルーホール間の最小スペースが10μmであり、前記スルーホール内壁面には導電性物質拡散防止層が設けられており、電気絶縁層を介してコア基板上に形成された1層目の配線は、ビアを介して前記スルーホール内に充填された導電性物質に接続されているような構成とした。
【0006】
本発明の好ましい態様として、前記導電性物質拡散防止層は窒化チタン薄膜であるような構成とした。
本発明の好ましい態様として、前記導電性物質は、電解めっきによりスルーホール内に形成された銅であるような構成、あるいは、前記導電性物質は、スルーホール内に形成された導電性ペーストであるような構成とした。
本発明の好ましい態様として、前記コア基板の厚みは、50〜725μmの範囲内であるような構成とした。
【0007】
また、本発明は、コア基板上に電気絶縁層を介して2層以上の配線を有する多層配線基板の製造方法において、コア基板用のシリコンコア材の一方の面から、プラズマを利用したドライエッチングにより開口径が10〜30μmの範囲内、ピッチが開口径の2倍の長さであり、微細孔間の最小スペースが10μmである微細孔を所定の深さまで穿設する工程と、少なくとも前記微細孔の内壁面にプラズマを利用したMO−CVD法により導電性物質拡散防止層を形成し、該導電性物質拡散防止層上に下地導電層を形成する工程と、前記微細孔内に導電性物質を充填する工程と、前記シリコンコア材の他方の面を研磨して前記微細孔を露出させることによりスルーホールを形成し、前記導電性物質によりスルーホールを介した表裏の導通がとられたコア基板とする工程と、該コア基板上に、スルーホール内に充填された導電性物質に接続するようにビアを形成すると同時に、電気絶縁層を介した1層目の配線を形成する工程と、を有するような構成とした。
【0008】
さらに、本発明は、コア基板上に電気絶縁層を介して2層以上の配線を有する多層配線基板の製造方法において、コア基板用のシリコンコア材の一方の面から、プラズマを利用したドライエッチングにより開口径が10〜30μmの範囲内、ピッチが開口径の2倍の長さであり、微細孔間の最小スペースが10μmである微細孔を所定の深さまで穿設する工程と、前記シリコンコア材の他方の面を研磨して前記微細孔を露出させスルーホールを形成する工程と、少なくとも前記スルーホールの内壁面にプラズマを利用したMO−CVD法により導電性物質拡散防止層を形成し、該導電性物質拡散防止層上に下地導電層を形成する工程と、前記スルーホール内に導電性物質を充填して表裏の導通がとられたコア基板とする工程と、該コア基板上に、スルーホール内に充填された導電性物質に接続するようにビアを形成すると同時に、電気絶縁層を介した1層目の配線を形成する工程と、を有するような構成とした。
【0010】
上記のように、本発明の多層配線基板では、スルーホールの開口径が10〜100μmの範囲内にあるので、スルーホールの狭ピッチ化がなされても、スルーホール間のスペースが確保され、また、スルーホール内壁面に設けられた導電性物質拡散防止層は、スルーホール内部に充填された導電性物質がコア基板中に拡散して隣接するスルーホール間での短絡を防止する作用をなし、本発明の製造方法では、プラズマを利用したドライエッチングにより微細孔を形成するので、開口径の小さいスルーホールの形成が可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
多層配線基板
図1は、本発明の多層配線基板の一実施形態を示す部分縦断面図である。図1において、本発明の多層配線基板1は、コア基板2と、このコア基板2の表面2a上に電気絶縁層を介して形成された配線と、裏面2b上に電気絶縁層を介して形成された配線と、を備えている。
多層配線基板1を構成するコア基板2は、コア材2′に複数のスルーホール4が形成されたものであり、各スルーホール4には導電性物質7が充填され、この導電性物質7によりスルーホール4を介した表面2aと裏面2bの導通がなされている。
【0012】
コア基板2に形成されたスルーホール4の開口径は、10〜100μm、好ましくは10〜30μmの範囲内である。スルーホールの開口径が上記の範囲未満であると、スルーホール形成加工が困難となり、また、上記の範囲を超えると、スルーホールの密度を高くしたり、スルーホールの形成数を多くすることに限度があり好ましくない。スルーホール4の内壁面には導電性物質拡散防止層5が設けられており、図示例のコア基板2では、導電性物質拡散防止層5と導電性物質7との間に下地導電層6が介在している。
コア基板2の厚みは、50〜725μm、好ましくは300〜625μmの範囲内である。コア基板2の厚みが50μm未満であると、支持体として充分な強度を保持できず、725μmを超えると、半導体装置の薄型化に支障を来たすことになり好ましくない。
【0013】
コア基板2の表面2a上に形成された配線は、図示例では多層配線であり、コア基板2の表面2a上に電気絶縁層11aを介しビア13aにてスルーホール4内の導電性物質7に接続されるように形成された1層目の配線12aと、この1層目の配線12a上に2層目の電気絶縁層11bを介しビア13bにて所定の1層目配線12aに接続されるように形成された2層目の配線12bと、この2層目の配線12b上に3層目の電気絶縁層11cを介しビア13cにて所定の2層目配線12bに接続されるように形成された3層目の配線12cとからなる。
また、コア基板2の裏面2b上に形成された配線は、図示例では単層配線であり、コア基板2の裏面2b上に電気絶縁層15を介しビア17にてスルーホール4内の導電性物質7に接続されるように形成された配線16である。
【0014】
尚、各配線12a,12b,12c,16および各ビア13a,13b,13cは下地金属層を介して、導電性物質7上、下層の電気絶縁層上、ビア上に形成されていてもよい。この下地着金属層は、例えば、銅、銀等の薄膜とすることができる。
【0015】
上述のような本発明の多層配線基板1では、スルーホール4内部に導電性物質7が充填され、この導電性物質7に接続するビア13a,17を介して1層目の配線12a,16が形成された構造、すなわち、スルーホール4直上にビア13a,17を備える構造であるため、多層配線の配線設計の自由度を高くすることができる。また、スルーホール4内には樹脂が充填されていないので、スルーホール4直上に配置されたビア13a,17へのコア基板2の熱収縮や熱膨張による応力集中が発生し難く、接続信頼性が高いものとなる。さらに、スルーホール4の狭ピッチ化が可能であるとともに、スルーホール4間のスペースの確保が容易であり、このスペースに必要な配線を形成することができるので、所望の高密度配線をより少ない層数で形成することができ、薄型の半導体装置の製造が可能となる。また、スルーホール4の内壁面に設けられた導電性物質拡散防止層5によって、スルーホール内部に充填された導電性物質7や下地導電層6の構成物質がコア基板2中に拡散することが阻止されるので、スルーホール4の狭ピッチ化を進めても隣接するスルーホール4間の短絡を防止することができる。
【0016】
本発明の多層配線基板1を構成するコア基板2は、例えば、シリコン、ガラス等のコア材2′を用いて作製することができる。尚、コア基板2の表面2a、裏面2bには、必要に応じて二酸化珪素、窒化珪素等の電気絶縁膜が形成されてもよい。
スルーホール4の内壁面に形成される導電性物質拡散防止層5は、緻密であり、コア基板2中への導電性物質の拡散を防止し得る薄膜であれば特に制限はなく、例えば、窒化チタン、チタン、クロム等の薄膜層とすることができる。この導電性物質拡散防止層5の厚みは、例えば、10〜50nmの範囲で設定することができる。このような導電性物質拡散防止層5は、スルーホール4の内壁面と下地導電層6との密着層も兼ねることができる。
【0017】
また、コア基板2の各スルーホール4に充填された導電性物質7としては、例えば、フィルド電解めっきによりスルーホール内に形成された銅等の導電性金属とすることができる。また、銅粒子、銀粒子等の導電性粒子を含有した導電性ペーストを用いることができる。但し、導電性ペーストを導電性物質7として用いる場合、コア基板2の熱収縮や熱膨張によるビア13a,17への応力集中を抑制するために、導電性粒子の含有率が80体積%以上であることが好ましい。
また、導電性物質拡散防止層5と導電性物質7との間に介在する下地導電層6は、例えば、銅、銀、ニッケル等からなる薄膜であってよく、導電性物質7と同種の材料、あるいは、異なる材料のいずれでもよい。この下地導電層6の厚みは、例えば、50〜300nmの範囲で設定することができる。
【0018】
コア基板2の表面2a上の1層目の配線12a、2層目の配線12b、3層目の配線12cの材質、ビア13a,13b,13cの材質、および、裏面2b上の配線16の材質、ビア17の材質は、例えば、銅、ニッケル等の導電性材料とすることができる。このような各層の配線の厚みは、例えば、3〜20μmの範囲で設定することができ、ビアの径は、例えば、20〜100μmの範囲で設定することができる。
また、電気絶縁層11a,11b,11cおよび電気絶縁層15の材質は、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、カルド樹脂、ポリイミド樹脂,フルオレン等の有機絶縁性材料とすることができる。このような電気絶縁層の厚みは、例えば、3〜20μmの範囲で設定することができる。
【0019】
尚、上述の実施形態では、コア基板2の表面2aに配線12a,12b,12cが形成され、裏面に配線16が形成されているが、本発明ではコア基板に形成する配線層の積層数には制限はない。
また、本発明の多層配線基板は、最表面層の配線を、半導体チップ搭載用の端子パッドを有するものとすることができる。さらに、このような端子パッドの表面に半田層を備えるものであってもよい。
【0020】
多層配線基板の製造方法
次に、本発明の多層配線基板の製造方法を図面を参照しながら説明する。
図2乃至図4は、本発明の多層配線基板の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
本発明の多層配線基板の製造方法では、コア基板用のコア材2′の一方の面2′aに所定の開口21aを有するマスクパターン21を形成し、このマスクパターン21をマスクとしてプラズマを利用したドライエッチング法であるICP−RIE(Inductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)によりコア材2′に所定の深さで微細孔4′を穿設する(図2(A))。
コア材2′は、例えば、シリコン、ガラス等を使用することができる。
【0021】
また、マスクパターン21は、ドライエッチング耐性のある材料を用いて形成することができ、例えば、ノボラック樹脂を用いたポジ型レジストを使用して形成することができる。また、コア材2′に比べエッチング選択比が小さい(エッチング速度が小さい)材料、例えば、シリコンからなるコア材2′に対して、酸化シリコン、窒化シリコン等を使用してマスクパターン21を形成することができる。
形成する微細孔4′の開口径は、10〜100μm、好ましくは10〜30μmの範囲内で適宜設定することができる。また、微細孔4′の深さは、作製するコア基板の厚み(50〜725μm)を考慮して設定することができ、例えば、70〜745μmの範囲内で適宜設定することができる。本発明の製造方法では、スルーホール用の微細孔4′をプラズマを利用したドライエッチング法により形成するので、開口径の小さいスルーホールの形成が可能となる。
【0022】
次に、コア材2′からマスクパターン21を除去し、絶縁層3をコア材2′の表面および微細孔4′の内壁面に成膜する(図2(B))。この絶縁層3は、コア材2′がシリコンである場合には、熱酸化を施すことにより形成された酸化珪素膜であってよい。また、シリコンおよび他の材質のコア材2′に対して、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)で形成した酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を絶縁層3としてもよい。このような絶縁層3の厚みは、例えば、500〜1000nmの範囲で設定することができる。
次に、この絶縁層3上に導電性物質拡散防止層5を形成し、この導電性物質拡散防止層5上に下地導電層6を形成する(図2(C))。導電性物質拡散防止層5は、窒化チタン、チタン、クロム等からなる薄膜とすることができる。このような導電性物質拡散防止層5や下地導電層6は、例えば、プラズマを利用したMO−CVD(Metal Organic - Chemical Vapor Deposition)やスパッタリング法により形成することができ、特に微細孔4′の開口径が30μm以下の場合には、プラズマを利用したMO−CVDにより形成することが好ましい。
【0023】
次に、微細孔4′内に導電性物質7を充填する(図3(A))。ここでは、下地導電層6を給電層として、フィルド電解めっきにより微細孔4′内に銅、ニッケル等の導電性物質7を充填することができる。また、微細孔4′内に、導電性ペーストをスクリーン印刷等の方法により導電性物質7として充填してもよい。使用する導電性ペーストは、銅粒子、銀粒子等の導電性粒子を80体積%以上含有した導電性ペーストであることが望ましい。
【0024】
次に、コア材2′上の余分な導電性物質7を研磨して除去し、微細孔4′内のみに導電性物質7を残す。また、コア材2′の他方の面2′bを研磨して、微細孔4′を露出させてスルーホール4を形成する。これにより、スルーホール4内に充填された導電性物質7による表裏の導通がとられたコア基板2が得られる。次いで、上記の研磨がなされたコア材2′の両面に絶縁層3′を形成し、その後、この絶縁層3′にパターンエッチングを行って、スルーホール4内に充填された導電性物質7が露出するような開口を形成する(図3(B))。絶縁層3′は、反応性スパッタリング、プラズマCVD等により形成した酸化シリコン等の無機酸化膜、窒化シリコン等の無機窒化膜とすることができる。このような絶縁層3′の厚みは、例えば、500〜1000nmの範囲で設定することができる。また、この絶縁層3′に対するパターンエッチングは、所望のレジストパターンを形成した後、無機酸化膜であればフッ化水素を用いたウエットエッチングにより、また、無機窒化膜であれば、CF4/O2、CF4/O2/H2、SiF4/O2、NF3/O2、CF4、C2F6、C3/F8、CHF3等のガスによるプラズマドライエッチングにより行うことができる。
【0025】
次に、コア基板2の両面に1層目の配線の電気絶縁層として、感光性絶縁材料を塗布し、所定のパターンで露光して現像することにより、電気絶縁層11a,15を形成する。その後、この電気絶縁層11a,15を覆うように、下地金属層12′a,16′を形成する(図3(C))。
電気絶縁層11a,15は、例えば、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、フルオレン等の感光性絶縁材料を使用して形成することができ、その厚みは、例えば、3〜20μmの範囲で設定することができる。
下地金属層12′a,16′は、スパッタリング法等により形成した薄膜であってよく、例えば、銅、銀等の薄膜であってよい。また、下地金属層12′a,16′の構造を、上記のような薄膜と、クロム、チタン、窒化チタン等の密着膜との積層構造としてもよい。このような下地金属層の厚みは、例えば、50〜350nmの範囲で設定することができる。
【0026】
次に、電気絶縁層11a,15上にレジストパターン22を形成する(図4(A))。このレジストパターン22は、スルーホール4内に充填された導電性物質7上の下地金属層12′a,16′が露出するような開口22aを有している。
次いで、このジストパターン22をマスクとし、下地金属層12′a,16′を給電層として電解めっきを行い、その後、レジストパターン22を除去する。これにより、スルーホール4内に充填された導電性物質7にビア13aを介して接続された配線12aと、ビア17を介して接続された配線16とを形成する(図4(B))。このような配線、ビアの材質は、例えば、銅、ニッケル等の導電性材料を使用することができる。
【0027】
その後、電気絶縁層11a,15上に存在している余分な下地金属層12′a,16′を除去する。これにより、コア基板2の両面に電気絶縁層を介した1層目の配線が形成され、この配線は、スルーホール4内に充填された導電性物質7にビアを介して接続されたものとなる(図4(C))。
その後、図3(C)〜図4(C)の工程を繰り返すことにより、コア基板2の表面2a側および/または裏面2b側に、更に任意の層数の配線を形成して、所望の多層配線基板を得ることができる。
【0028】
図5乃至図7は、本発明の多層配線基板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
本発明の多層配線基板の製造方法では、まず、コア基板用のコア材2′の一方の面2′aに所定の開口21aを有するマスクパターン21を形成し、このマスクパターン21をマスクとしてプラズマを利用したドライエッチング法であるICP−RIE(Inductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)によりコア材2′に所定の深さで微細孔4′を穿設する(図5(A))。コア材2′の材質、マスクパターン21の材質、形成方法、および、微細孔4′の穿設方法、開口径は、上述の製造方法の実施形態と同様とすることができる。
次に、コア材2′からマスクパターン21を除去し、コア材2′の他方の面2′bを研磨して、微細孔4′を露出させてスルーホール4を形成する。その後、絶縁層3をコア材2′の両面およびスルーホール4の内壁面に成膜する(図5(B))。この絶縁層3の形成は、上述の製造方法の実施形態における絶縁層3の形成と同様とすることができる。
【0029】
次に、この絶縁層3上に導電性物質拡散防止層5を形成し、この導電性物質拡散防止層5上に下地導電層6を形成する(図5(C))。導電性物質拡散防止層5、下地導電層6の形成は、上述の製造方法の実施形態におけるこれらの層の形成と同様とすることができる。
次に、スルーホール4内に導電性物質7を充填し、コア材2′上の余分な導電性物質7を研磨して除去することにより、スルーホール4内のみに導電性物質7を残す。これにより、スルーホール4内に充填された導電性物質7による表裏の導通がとられたコア基板2が得られる(図6(A))。ここでは、スルーホール4内に、導電性ペーストをスクリーン印刷等の方法により導電性物質7として充填する。使用する導電性ペーストは、銅粒子、銀粒子等の導電性粒子を80体積%以上含有した導電性ペーストであることが望ましい。
【0030】
次に、コア基板2の両面に1層目の配線の電気絶縁層として、感光性絶縁材料を塗布し、所定のパターンで露光して現像することにより、電気絶縁層11a,15を形成する(図6(B))。電気絶縁層11a,15の形成は、上述の実施形態と同様とすることができる。
次に、電気絶縁層11a,15を覆うように、下地金属層12′a,16′を形成し、電気絶縁層11a,15上にレジストパターン22を形成する(図6(C))。このレジストパターン22は、スルーホール4内に充填された導電性物質7上の下地金属層12′a,16′が露出するような開口22aを有している。下地金属層12′a,16′の形成、レジストパターン22の形成は、上述の実施形態と同様とすることができる。
【0031】
次いで、このジストパターン22をマスクとし、下地金属層12′a,16′を給電層として電解めっきを行い、その後、レジストパターン22を除去する。これにより、スルーホール4内に充填された導電性物質7にビア13aを介して接続された配線12aと、ビア17を介して接続された配線16とを形成する(図7(A))。その後、電気絶縁層11a,15上に露出している余分な下地金属層12′a,16′を除去する。これにより、コア基板2の両面に電気絶縁層を介した1層目の配線を形成され、この配線は、スルーホール4内に充填された導電性物質7にビアを介して接続されたものとなる(図7(B))。上記の配線、ビアの材質は、例えば、銅、ニッケル等の導電性材料を使用することができる。
その後、図6(B)〜図7(B)の工程を繰り返すことにより、コア基板2の表面2a側および/または裏面2b側に、更に任意の層数の配線を形成して、所望の多層配線基板を得ることができる。
【0032】
【実施例】
次に、具体的実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
[実施例1]
コア材として、厚み625μm、直径150mmのシリコン基板を準備し、このコア材の一方の面にノボラック系のポジ型レジスト材料(東京応化工業(株)製PMER−P−LA900PM)を塗布し、スルーホール形成用のフォトマスクを介して露光、現像した。これにより、開口径が10μm、30μm、100μmの3種の円形開口を有し、開口径10μmの開口が20μmピッチ、開口径30μmの開口が60μmピッチ、開口径100μmの開口が200μmピッチで、それぞれ形成されたマスクパターンを形成した。
【0033】
次に、このマスクパターンをマスクとして、コア材にICP−RIE(Inductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)によりドライエッチングを行い複数の微細孔を形成した。この微細孔の深さは約350μmとした。
次に、不要なマスクパターンを除去し、洗浄後、熱酸化(1050℃、20分間)を施して、厚み800nmの絶縁層をコア材の両面と微細孔の内壁面に形成した。
【0034】
次に、この絶縁層上に、プラズマを利用したMO−CVD(Metal Organic - Chemical Vapor Deposition)により、窒化チタンからなる厚み10nmの導電性物質拡散防止層を形成し、この導電性物質拡散防止層上に銅からなる厚み200nmの下地導電層を形成した。次いで、下地導電層を給電層として、下記組成のフィルドめっき液を使用しパルス電解めっき(DTサイクル10%、平均電流密度0.2A/dm2)を15時間行うことにより、コア基材表面に銅めっきを施し、微細孔内に銅を完全に充填した。
(フィルドめっき液の組成)
・硫酸 … 50g/L
・硫酸銅 … 200g/L
・塩素イオン … 50mg/L
・添加剤(上村工業(株)製 ESA21-A) … 2.5mL/L
・添加剤(上村工業(株)製 ESA21-B) … 10mL/L
【0035】
次に、コア材上の余分な銅被膜を研磨して除去し、その後、コア材の裏面を研磨して、微細孔を露出させてスルーホールを形成した。これにより、スルーホール内に充填されたフィルドめっき銅による表裏の導通がとられたコア基板が得られた。このコア基板は、開口径が10μm、30μm、100μmの3種のスルーホールを、開口径10μmが20μmピッチ、開口径30μmが60μmピッチ、開口径100μmが200μmピッチとなるように備えものであった。
次いで、上記の研磨により露出したコア材面に、反応性スパッタリングにより酸化シリコンからなる絶縁層(厚み100nm)を形成した。その後、この絶縁層上にレジストパターンを形成し、フッ化水素を用いたウエットエッチングにより、絶縁層に開口を形成した。この開口は、スルーホール内に充填された銅が露出するように形成した。
【0036】
次に、コア基板の両面に、感光性ベンゾシクロブテン(DOW社製Cyclotene-4024-40)を塗布し、所定のパターンで露光して現像し、硬化させることにより、1層目の配線の電気絶縁層(厚み10μm)を形成した。この電気絶縁層は、スルーホール内に充填された銅が露出するパターンであった。
次いで、電気絶縁層を覆うように、スパッタリング法によりクロム薄膜(厚み30nm)と銅薄膜(厚み200nm)の積層構造である下地金属層を形成した。
【0037】
次に、スルーホール内に充填されたフィルドめっき銅上に位置する下地金属層が露出するように、電気絶縁層上にレジストパターンを形成した。その後、このレジストパターンをマスクとし、下地金属層を給電層として電解めっきを行い、厚み4μmの銅層を形成した。次いで、レジストパターンを除去し、電気絶縁層上に露出している余分な下地金属層を除去した。この下地金属層の除去は、まず、過硫酸ナトリウム溶液にて銅薄膜を除去し、次いで、アルカリ性過マンガン酸ナトリウム溶液でクロム薄膜を除去した。これにより、スルーホール内に充填された導電性物質にビアを介して接続された配線を、コア基板の両面に形成した。上記の配線形成を繰り返すことにより、2層以上の配線を形成して、所望の多層配線基板を得ることができた。
【0038】
上記のようにして作製した多層配線基板に、下記の環境試験を施し、その後、各配線の接続を確認した結果、接続異常はみられず、接続信頼性が高いものであることが確認された。
(環境試験)
−55℃の条件で15分放置し、その後、125℃の条件で15分間放置することを1000サイクル繰り返す。
【0039】
[実施例2]
実施例1と同様のコア材を準備し、このコア材の一方の面にノボラック系のポジ型レジスト材料(東京応化工業(株)製PMER−P−LA900PM)を塗布し、スルーホール形成用のフォトマスクを介して露光、現像した。これにより、開口径が10μm、30μm、100μmの3種の円形開口を有し、開口径10μmの開口が20μmピッチ、開口径30μmの開口が60μmピッチ、開口径100μmの開口が200μmピッチで、それぞれ形成されたマスクパターンを形成した。
【0040】
次に、このマスクパターンをマスクとして、コア材にICP−RIE(Inductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)によりドライエッチングを行い複数の微細孔を形成した。この微細孔の深さは約350μmとした。
次に、不要なマスクパターンを除去し後、コア材の裏面を研磨して、微細孔を露出させてスルーホールを形成した。次いで、洗浄後、熱酸化(1050℃、20分間)を施して、厚み800nmの絶縁層をコア材の両面とスルーホールの内壁面に形成した。
次に、この絶縁層上に、プラズマを利用したMO−CVD(Metal Organic - Chemical Vapor Deposition)により、窒化チタンからなる厚み10nmの導電性物質拡散防止層を形成し、この導電性物質拡散防止層上に銅からなる厚み200nmの下地導電層を形成した。
【0041】
次いで、スクリーン印刷により導電性ペースト(平均粒径2.5μmの銀コート銅粒子を85体積%含有)をスルーホール内に充填し、硬化処理(160℃、20分間)を施した。その後、コア材の表面上に盛り上がっている導電性ペーストを研磨により除去し、スルーホール内の導電性ペーストとコア材面が同一面となるようにした。これにより、開口径が10μm、30μm、100μmの3種のスルーホールを有し、各スルーホール内に充填された導電性ペーストからなる導電性物質による表裏の導通がとられたコア基板が得られた。
【0042】
次に、コア基板の両面に、感光性ベンゾシクロブテン(DOW社製Cyclotene-4024-40)を塗布し、所定のパターンで露光して現像し、硬化させることにより、1層目の配線の電気絶縁層(厚み10μm)を形成した。この電気絶縁層は、スルーホール内に充填された導電性ペーストが露出するパターンであった。
次いで、電気絶縁層を覆うように、スパッタリング法によりクロム薄膜(厚み30nm)と銅薄膜(厚み200nm)の積層構造である下地金属層を形成した。
【0043】
次に、スルーホール内に充填されたフィルドめっき銅上の下地金属層が露出するように、電気絶縁層上にレジストパターンを形成した。その後、このレジストパターンをマスクとし、下地金属層を給電層として電解めっきを行い、厚み4μmの銅層を形成した。次いで、レジストパターンを除去し、電気絶縁層上に露出している余分な下地金属層を除去した。この下地金属層の除去は、まず、過硫酸ナトリウム溶液にて銅薄膜を除去し、次いで、アルカリ性過マンガン酸ナトリウム溶液でクロム薄膜を除去した。これにより、スルーホール内に充填された導電性物質にビアを介して接続された配線を、コア基板の両面に形成した。
上記の配線形成を繰り返すことにより、2層以上の配線を形成して、所望の多層配線基板を得ることができた。
上記のようにして作製した多層配線基板に、実施例1と同様の環境試験を施し、その後、各配線の接続を確認した結果、接続異常はみられず、接続信頼性が高いものであることが確認された。
【0044】
[比較例]
コア材として、厚み800μmの樹脂基板(三菱ガス化学(株)製BTCCL−HL832)を準備し、この両面を研磨して厚みを300μmとした。このコア材にドリル加工を施し、開口径が100μmのスルーホールをピッチ200μmで形成、配列した。
次に、下記条件で無電解めっきにより、スルーホール内に銅からなる下地導電層(厚み1μm)を形成し、この下地導電層上に下記条件の電解銅めっきにより導電層(厚み4nm)を形成した。
【0045】
(無電解めっき条件)
・無電解めっき液 : シプレイ社製無電解銅めっき浴
・浴温度 : 室温
(電解銅めっき条件)
・電解めっき液組成:
荏原ユージライト(株)製CU-BRITE VFII A … 20mL/L
荏原ユージライト(株)製CU-BRITE VFII B …1.5mL/L
硫酸 … 50g/L
硫酸銅 … 200g/L
塩酸 … 40ppm
・電流密度 : 2A/dm2
・浴温度 : 25℃
【0046】
次いで、スクリーン印刷により樹脂ペースト(タツタ電線(株)製AE1650)をスルーホール内に充填し、硬化処理(160℃、60分間)を施した。その後、コア材の表面上に盛り上がっている樹脂ペーストを研磨により除去し、スルーホール内の樹脂ペーストとコア材面が同一面となるようにした。これにより、開口径が100μmのスルーホールを有し、スルーホール内に設けられた導電層による表裏の導通がとられたコア基板が得られた。
【0047】
次に、コア基板の両面に、スパッタリング法によりクロム薄膜(厚み30nm)と銅薄膜(厚み200nm)の積層構造である下地金属層を形成した。次いで、この下地金属層上にレジストパターンを形成した。このレジストパターンは、スルーホールに相当する部位の下地金属層が露出するような開口を有するものとした。次に、このジストパターンをマスクとし、下地金属層を給電層として電解めっきを行い、厚み4μmの銅層を形成した。次いで、レジストパターンを除去し、コア基板上に露出している余分な下地金属層を除去した。この下地金属層の除去は、まず、過硫酸ナトリウム溶液にて銅薄膜を除去し、次いで、アルカリ性過マンガン酸ナトリウム溶液でクロム薄膜を除去した。これにより、スルーホールに蓋めっきを形成した。
【0048】
次に、コア基板の両面に、感光性ベンゾシクロブテン(DOW社製Cyclotene-4024-40)を塗布し、所定のパターンで露光して現像し、硬化させることにより、1層目の配線の電気絶縁層(厚み10μm)を形成した。この電気絶縁層は、上記の蓋めっきが露出するパターンであった。
次いで、電気絶縁層を覆うように、スパッタリング法によりクロム薄膜(厚み30nm)と銅薄膜(厚み200nm)の積層構造である下地金属層を形成した。
【0049】
次に、蓋めっき上に位置する下地金属層が露出するように、電気絶縁層上にレジストパターンを形成した。その後、このレジストパターンをマスクとし、下地金属層を給電層として電解めっきを行い、厚み4μmの銅層を形成した。次いで、レジストパターンを除去し、電気絶縁層上に露出している余分な下地金属層を除去した。この下地金属層の除去は、まず、過硫酸ナトリウム溶液にて銅薄膜を除去し、次いで、アルカリ性過マンガン酸ナトリウム溶液でクロム薄膜を除去した。これにより、スルーホール上に形成された蓋めっきにビアを介して接続された配線を、コア基板の両面に形成した。
【0050】
上記の配線形成を繰り返すことにより、2層以上の配線を形成して、所望の多層配線基板を得ることができた。
上記のようにして作製した多層配線基板に、実施例1と同様の環境試験を施し、その後、各配線の接続を確認した結果、接続異常がみられ、接続信頼性が低いものであることが確認された。
【0051】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、スルーホールの開口径が10〜100μmの範囲内にあるので、スルーホールの狭ピッチ化が可能であるとともに、スルーホール間のスペースの確保が容易であり、このスペースに必要な配線を形成することができ、所望の高密度配線をより少ない層数で形成することができ、薄型の半導体装置の製造が可能となる。また、スルーホール内部に導電性物質が充填され、この導電性物質に接続するビアを介して1層目の配線が形成された構造、すなわち、スルーホール直上にビアを備える構造であるため、多層配線の配線設計の自由度を高くすることができる。さらに、スルーホール内壁面に設けられた導電性物質拡散防止層によって、スルーホール内部に充填された導電性物質がコア基板中に拡散することが阻止されるので、スルーホールの狭ピッチ化を進めても隣接するスルーホール間の短絡を防止することができる。また、スルーホール内には樹脂が充填されていないので、スルーホール直上に配置されたビアへのコア基板の熱収縮や熱膨張による応力集中が発生し難く、接続信頼性が高いものとなる。
また、本発明の製造方法では、プラズマを利用したドライエッチングによりスルーホールを形成するので、開口径の小さいスルーホールの形成が可能となり、また、スルーホール直上にビアを形成し、このビアを介して1層目の配線をスルーホール内に充填された導電性物質に接続するので、多層配線の配線設計の自由度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多層配線基板の一実施形態を示す部分縦断面図である。
【図2】本発明の多層配線基板の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図3】本発明の多層配線基板の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図4】本発明の多層配線基板の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図5】本発明の多層配線基板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
【図6】本発明の多層配線基板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
【図7】本発明の多層配線基板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
【符号の説明】
1…多層配線基板
2…コア基板
2′…コア材
3,3′…絶縁層
4…スルーホール
4′…微細孔
5…導電性物質拡散防止層
6…下地導電層
7…導電性物質
11a,11b,11c,15…電気絶縁層
12a,12b,12c,16…配線
13a,13b,13c,17…ビア部
21…マスクパターン
22…レジストパターン
Claims (7)
- コア基板上に電気絶縁層を介して2層以上の配線を有する多層配線基板において、
コア基板は導電性物質が充填され表裏の導通がなされた複数のスルーホールを備えたシリコンコア基板であり、前記スルーホールは開口径が10〜30μmの範囲内、ピッチが開口径の2倍の長さであり、スルーホール間の最小スペースが10μmであり、前記スルーホール内壁面には導電性物質拡散防止層が設けられており、電気絶縁層を介してコア基板上に形成された1層目の配線は、ビアを介して前記スルーホール内に充填された導電性物質に接続されていることを特徴とする多層配線基板。 - 前記導電性物質拡散防止層は窒化チタン薄膜であることを特徴とする請求項1に記載の多層配線基板。
- 前記導電性物質は、電解めっきによりスルーホール内に形成された銅であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の多層配線基板。
- 前記導電性物質は、スルーホール内に形成された導電性ペーストであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の多層配線基板。
- 前記コア基板の厚みは、50〜725μmの範囲内であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の多層配線基板。
- コア基板上に電気絶縁層を介して2層以上の配線を有する多層配線基板の製造方法において、
コア基板用のシリコンコア材の一方の面から、プラズマを利用したドライエッチングにより開口径が10〜30μmの範囲内、ピッチが開口径の2倍の長さであり、微細孔間の最小スペースが10μmである微細孔を所定の深さまで穿設する工程と、
少なくとも前記微細孔の内壁面にプラズマを利用したMO−CVD法により導電性物質拡散防止層を形成し、該導電性物質拡散防止層上に下地導電層を形成する工程と、
前記微細孔内に導電性物質を充填する工程と、
前記シリコンコア材の他方の面を研磨して前記微細孔を露出させることによりスルーホールを形成し、前記導電性物質によりスルーホールを介した表裏の導通がとられたコア基板とする工程と、
該コア基板上に、スルーホール内に充填された導電性物質に接続するようにビアを形成すると同時に、電気絶縁層を介した1層目の配線を形成する工程と、を有することを特徴とする多層配線基板の製造方法。 - コア基板上に電気絶縁層を介して2層以上の配線を有する多層配線基板の製造方法において、
コア基板用のシリコンコア材の一方の面から、プラズマを利用したドライエッチングにより開口径が10〜30μmの範囲内、ピッチが開口径の2倍の長さであり、微細孔間の最小スペースが10μmである微細孔を所定の深さまで穿設する工程と、
前記シリコンコア材の他方の面を研磨して前記微細孔を露出させスルーホールを形成する工程と、
少なくとも前記スルーホールの内壁面にプラズマを利用したMO−CVD法により導電性物質拡散防止層を形成し、該導電性物質拡散防止層上に下地導電層を形成する工程と、
前記スルーホール内に導電性物質を充填して表裏の導通がとられたコア基板とする工程と、
該コア基板上に、スルーホール内に充填された導電性物質に接続するようにビアを形成すると同時に、電気絶縁層を介した1層目の配線を形成する工程と、を有することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
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