JP2002076630A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 多層配線基板の貫通孔の開口径や配線導体層
を小さくすることにともなう配線導体層の形成における
断線等の問題点を解消すること。 【解決手段】 基板１上に、下地導体層４および主導体
層５から成る配線導体層２と絶縁層３とを多層に積層す
るとともに、上下に位置する配線導体層２同士をその間
の絶縁層３に設けた貫通孔６に上側の配線導体層２を延
在させることにより電気的に接続して成る多層配線基板
であって、下地導体層４の厚みを貫通孔６の深さの50分
の１以上20分の１以下とし、かつ主導体層５の厚みを下
地導体層４の厚みの２倍以上６倍以下とすることによ
り、配線導体層２の形成における断線等の問題点を解消
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多層配線基板に関
し、より詳細には混成集積回路装置や半導体素子を収容
する半導体素子収納用パッケージ等に使用される多層配
線基板に関するものである。

【０００２】

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

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

【０００４】なお、配線導体層が形成されるセラミック
体としては、通常、酸化アルミニウム質焼結体やムライ
ト質焼結体等の酸化物系セラミックス、あるいは表面に
酸化物膜を被着させた窒化アルミニウム質焼結体や炭化
珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックスが使用され
る。

【０００５】しかしながら、このＭｏ−Ｍｎ法を用いて
配線導体を形成した場合、配線導体層は金属ペーストを
スクリーン印刷することにより形成されることから細線
化が困難で配線導体層を高密度に形成することができな
いという欠点を有していた。

【０００６】そこで上記欠点を解消するために配線導体
層を従来の厚膜形成技術で形成するのに代えて細線化が
可能な薄膜形成技術を用いて高密度に形成した多層配線
基板が採用されるようになってきた。

【０００７】かかる多層配線基板は、酸化アルミニウム
質焼結体等から成る基板の上面にスピンコート法および
熱硬化処理等によって形成されるポリイミド樹脂から成
る有機樹脂絶縁層と、銅やアルミニウム等の金属から成
り、めっき法や蒸着法等の薄膜形成技術およびフォトリ
ソグラフィー技術を採用することによって形成される配
線導体層とを多層に積層させるとともに、上下に位置す
る配線導体層同士をその間の有機樹脂絶縁層に形成した
貫通孔に上側の配線導体層を延在させることにより電気
的に接続した構造になっている。

【０００８】この多層配線基板における配線導体層の形
成方法は、以下に述べるような方法を用いている。

【０００９】まず下層の配線導体層との接続部分にその
径が50〜100μｍの貫通孔を形成した10〜30μｍ厚みの
有機樹脂絶縁層上に0.2〜0.5μｍ厚みの下地導体層を真
空蒸着法またはスパッタリング法によって形成した後、
フォトレジストを塗布するとともにこれに露光・現像を
施すことによって下地導体層のうち上層の主導体層を形
成する部分に所定形状の窓部を形成し、次に露出させた
下地導体層を電極として電解めっき皮膜を３〜10μｍの
厚みに形成する。これによって上層の主導体層の部分に
相当する露出した下地導体層上にめっき皮膜が形成さ
れ、その他の部分はフォトレジストに覆われているため
にめっき皮膜が形成されず、上層の主導体層に相当する
部分にのみ配線導体層が形成される。このようにして所
定の厚さの配線導体層を形成した後フォトレジストを剥
離除去し、次に主導体層をエッチングレジストとして先
に電解めっき用電極として使用した下地導体層の一部を
エッチングすることによって形成されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年、情報通信機器等
の小型化・高速化により、多層配線基板においては配線
導体層や貫通孔を小さくするとともに、配線導体層の電
気抵抗の低抵抗化が要求されている。

【００１１】しかしながら、従来の多層配線基板では、
貫通孔を小さくすると、貫通孔の内壁が垂直に近づくた
め、貫通孔の内壁の下側部分においてスパッタリング法
等により形成された下地導体層のつきまわり量が低下
し、貫通孔の部分における下地導体層の電気抵抗が増加
する。これにより下地導体層上に電解めっきにより主導
体層を形成する際に貫通孔の内壁の下側部分に所望の厚
みに主導体層が形成できなくなり、その後の下地導体層
のエッチング時に断線するという問題点があった。

【００１２】さらに、貫通孔を小さくすると、その径が
小さくなるため、貫通孔の内部での電解めっき液の循環
が不充分になることにより電解めっき液が滞留し、貫通
孔の内部に所望の厚みに主導体層が形成できなくなるこ
とがあった。このことにより、貫通孔の部分における配
線導体層の電気抵抗が増加したり、その後の処理によっ
ては断線するという問題点があった。

【００１３】また、従来の多層配線基板では、下地導体
層のエッチング時に主導体層もエッチングされるため、
配線導体層を細線化すると、主導体層の厚みが薄い場合
は、線幅の小さな配線導体層が消失するという問題点が
あった。

【００１４】また、貫通孔部においては電気的要因によ
り貫通孔の上面側にめっき皮膜が早く形成されやすいた
め、主導体層の厚みが厚い場合は、貫通孔の上面側をふ
さいでしまい内部にめっき液の残留を生じるという問題
点があった。

【００１５】本発明は上記従来技術における問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、配線導体層の高
密度化が可能で接続信頼性の良好な多層配線基板を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の多層配線基板
は、基板上に、下地導体層および主導体層から成る配線
導体層と絶縁層とを多層に積層するとともに、上下に位
置する前記配線導体層同士をその間の前記絶縁層に設け
た貫通孔に上側の前記配線導体層を延在させることによ
り電気的に接続して成る多層配線基板であって、前記配
線導体層は、前記下地導体層の厚みを前記貫通孔の深さ
の50分の１以上20分の１以下とし、かつ前記主導体層の
厚みを前記下地導体層の厚みの２倍以上６倍以下として
あることを特徴とするものである。

【００１７】また本発明の多層配線基板は、上記構成に
おいて、前記貫通孔の径を深さに対して0.8倍以上1.2倍
以下としてあることを特徴とするものである。

【００１８】また本発明の多層配線基板は、上記各構成
において、前記配線導体層の線幅を厚みに対して0.5倍
以上４倍以下としてあることを特徴とするものである。

【００１９】本発明の多層配線基板によれば、下地導体
層の厚みを貫通孔の深さの50分の１（１／50）以上20分
の１（１／20）以下としてあるため、貫通孔の内壁の下
側部分での下地導体層のつきまわり量が電解めっき時の
電気導通部として十分に確保される。また、貫通孔の内
部を必要以上に狭くしないため、電解めっき液の循環不
足によるめっき液の滞留もなくなり、貫通孔の内壁部分
における主導体層の厚みを十分なものとすることができ
る。

【００２０】さらに、主導体層の厚みは下地導体層の厚
みの２倍以上６倍以下としてあるため、下地導体層の厚
みに比べ主導体層の厚みが十分確保される。これにより
線幅方向からのエッチングが進まず、エッチングにおけ
る線幅の小さな配線導体層の消失がなくなる。また、配
線導体層の厚みが貫通孔の径の半分より小さいため、配
線導体層が貫通孔の上面側をふさぐこともなくなり、貫
通孔の内部でのめっき液の残留を生じなくなる。

【００２１】その結果、配線導体層の高密度化と接続信
頼性の向上とを達成した多層配線基板となる。

【００２２】さらに、本発明の多層配線基板によれば、
上記と同様に配線導体層が良好に形成され配線導体層の
高密度化と接続信頼性が向上するとともに、貫通孔の径
を深さに対して0.8倍以上1.2倍以下とすることにより、
貫通孔の径を所望の径に小さくできるため配線導体層の
引きまわし領域が増加し、配線導体層のより一層の高密
度化と接続信頼性の向上とを達成した多層配線基板とな
る。

【００２３】さらに、本発明の多層配線基板によれば、
上記と同様に配線導体層が良好に形成され配線導体層の
高密度化と接続信頼性が向上するとともに、配線導体層
の線幅を厚みに対して0.5倍以上４倍以下とすることに
より、配線導体層を所望の線幅に小さくできるため同一
領域であっても配線数をより一層増加させることがで
き、配線導体層のより一層の高密度化と接続信頼性の向
上とを達成した多層配線基板となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。

【００２５】図１は本発明の多層配線基板の実施の形態
の一例を示す断面図であり、図２は本発明の多層配線基
板の実施の形態の一例を示す要部を拡大した断面図であ
る。

【００２６】これらの図において、１は基板、２は配線
導体層、３は絶縁層、４は下地導体層、５は主導体層、
６は絶縁層３に形成した貫通孔である。

【００２７】基板１は、その上面に配線導体層２と絶縁
層３を多層に積層した多層配線部が配設されており、こ
の多層配線部を支持する支持部材として機能する。

【００２８】基板１は酸化アルミニウム質焼結体・ムラ
イト質焼結体等の酸化物系セラミックス、あるいは表面
に酸化物膜を有する窒化アルミニウム質焼結体・炭化珪
素質焼結体等の非酸化物系セラミックス、さらにはガラ
ス繊維から成る基材にエポキシ樹脂を含浸させたガラス
エポキシ樹脂やガラス繊維から成る基材にビスマレイミ
ドトリアジン樹脂を含浸させたもの等の電気絶縁材料で
形成されている。

【００２９】例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成
されている場合には、アルミナ・シリカ・カルシア・マ
グネシア等の原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混
合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクター
ブレード法やカレンダーロール法を採用することによっ
てセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を
形成し、しかる後、このセラミックグリーンシートに適
当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに高温
（約1600℃）で焼成することによって、あるいはアルミ
ナ等の原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混合して
原料粉末を調整するとともにこの原料粉末をプレス成形
機によって所定形状に成形し、最後にこの成形体を高温
（約1600℃）で焼成することによって製作される。ま
た、ガラスエポキシ樹脂から成る場合は、例えばガラス
繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、
このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させるこ
とによって製作される。

【００３０】また、基板１には、その上面に配線導体層
２と絶縁層３を多層に積層した多層配線部が配設されて
いる。この多層配線部を構成する絶縁層３は上下に位置
する配線導体層２を電気的に絶縁し、配線導体層２は電
気信号を伝達するための伝達路として機能する。

【００３１】多層配線部の絶縁層３は、ポリイミド・Ｂ
ＣＢ（ベンゾシクロブテン）・エポキシ・ビスマレイミ
ドトリアジン・ポリフェニレンエーテル・フッ素樹脂・
シリカ等から成る。例えば、ポリイミド樹脂からなる場
合には、ポリイミド前駆体を基板１の上面にスピンコー
ト法・ダイコート法・印刷法等により塗布し、しかる
後、400℃程度の熱でポリイミド化させることによって1
0μｍ〜30μｍ程度の厚みに絶縁層３を形成する。

【００３２】さらに、絶縁層３には貫通孔６が形成され
ており、この貫通孔６内にも上側の配線導体層２を延在
させることにより絶縁層３を挟んで上下に位置する配線
導体層２の各々を電気的に接続する接続路が形成され
る。

【００３３】この貫通孔６の形成方法は、まず絶縁層３
に窓部を有するレジスト材を塗布するとともにこのレジ
スト材の窓部に位置する絶縁層３をエッチングすること
によって、あるいはレーザを使い直接絶縁層３の一部を
除去することによって形成される。特に貫通孔６の径を
深さと同程度にする場合は、貫通孔６の内壁の形状を垂
直に近く調整でき、さらにその後の配線導体層２の加工
性が容易な様に貫通孔６の内壁面を滑らかに加工できる
紫外線レーザで形成しておくのが望ましい。

【００３４】この時、貫通孔６の径の深さに対する比が
小さいものほど高密度になるが、貫通孔６の内部に形成
される配線導体層２の接続信頼性の観点から、貫通孔６
の径の深さに対する比は0.8倍以上1.2倍以下が適当で、
特に1.0倍以上1.2倍以下にすると貫通孔６部における配
線導体層２のつきまわり性が良好で電気抵抗も低くする
ことができるため電気信号の伝達路として良好になる。

【００３５】貫通孔６の径の深さに対する比が1.2倍よ
り大きくなると、貫通孔６の径が大きくなり高密度に貫
通孔を形成することが困難となりやすい傾向がある。ま
た、貫通孔６の径の深さに対する比が0.8倍より小さく
なると、貫通孔６の内壁の下側部分まで一様な配線導体
層２の形成が困難となって電気信号の伝達路として機能
しなくなりやすい傾向がある。このため貫通孔６の径の
深さに対する比は0.8倍以上1.2倍以下としておくのがよ
い。

【００３６】本発明における貫通孔６の深さは、下層に
位置する配線導体層２の厚みがあるため、絶縁層３の厚
みと必ずしも一致するものではない。

【００３７】次に、各絶縁層３の上面および貫通孔６内
に配設される配線導体層２は、銅・金・アルミニウム・
ニッケル・クロム・モリブデン・チタン等の金属材料を
スパッタリング法・蒸着法・めっき法等の薄膜形成技術
およびエッチング加工技術を採用することによって形成
される。

【００３８】例えば、配線導体層２は銅を主体とし、絶
縁層３の上面および貫通孔６内に下地導体層４（バリア
層および電解めっき用電極）をスパッタリング法または
蒸着法等によって貫通孔６の深さの１／50以上１／20以
下となる厚みに形成する。

【００３９】特に貫通孔６の深さが深い場合は貫通孔６
の内壁の下側部分におけるつきまわり性が良好なスパッ
タリング法で形成するのが良い。その後、下地導体層４
の上面にフォトレジスト材をスピンコート法等により塗
布するとともにこれに露光・現像を施すことによって下
地導体層４のうち上層の主導体層５を形成する部分に所
定形状の窓部を形成し、次に下地導体層４を電極として
電解めっき法により主導体層５が下地導体層４の厚みの
２倍以上６倍以下となるように形成する。これによって
上層の主導体層５の部分に相当する露出した下地導体層
４上にめっき皮膜が形成され、その他の部分はフォトレ
ジストに覆われているためにめっき皮膜が形成されず、
上層の主導体層５に相当する部分にのみ配線導体層２が
形成される。このようにして主導体層５を形成した後フ
ォトレジストを剥離除去し、次に主導体層５をエッチン
グレジストとして先に電解めっき用電極として使用した
下地導体層４の一部をエッチングすることによって形成
される。

【００４０】下地導体層４の厚みは、貫通孔６の深さの
１／50より小さいと、貫通孔６の内壁の下側部分におい
て下地導体層４上に主導体層５を形成する時に導通不良
のため電解めっき皮膜が形成されず、その後の下地導体
層４のエッチング時に断線を引き起こしやすい傾向があ
る。また貫通孔６の深さの１／20より大きいと、この下
地導体層４を形成した貫通孔６の内部でのめっき液の循
環が不十分となり、貫通孔６の内部における主導体５の
厚みを一様とすることが困難で、さらに、その後の下地
導体層４のエッチングにおいては下地導体層４の厚みの
増加によりエッチング時間が増加することにより、貫通
孔６の内部における配線導体層２の厚みが薄くなるため
電気抵抗の増加や断線を引き起こしやすい傾向がある。

【００４１】さらに主導体層５の厚みは、下地導体層４
の厚みの２倍より小さいと、下地導体層４のエッチング
時に主導体層５が同時にエッチングされ、配線導体層２
が消失する問題点が発生しやすい傾向がある。また下地
導体層４の厚みの６倍より大きいと、配線導体層３の厚
みが貫通孔６の径の半分より大きくなるため、電気的要
因により貫通孔６の上面側にめっき皮膜が厚く形成さ
れ、貫通孔６の上面側をふさいでしまい、貫通孔６の内
部にめっき液の残留を生じるという問題点が発生しやす
い傾向がある。

【００４２】このため、下地導体層４の厚みは貫通孔６
の深さの１／50以上１／20以下で、かつ主導体層５の厚
みは下地導体４の厚みの２倍以上６倍以下としておくの
がよい。

【００４３】このとき、本発明の多層配線基板において
は、さらに配線導体層２の線幅を厚みに対して0.5倍以
上４倍以下とすることにより、配線導体層２を所望の線
幅に小さくできるため、配線導体層２をより一層高密度
化することができる。

【００４４】配線導体層２の線幅が厚みに対して0.5倍
より小さいと配線導体層２の接着強度が低下し多層配線
基板の配線導体層２としての機能が低下しやすい傾向が
ある。また４倍より大きいと線幅が大きくなるため所望
の高密度配線を形成することが困難となりやすい傾向が
ある。

【００４５】このため、配線導体層２の線幅を厚みに対
して0.5倍以上４倍以下としておくのがよい。

【００４６】この後、絶縁層３と配線導体層２を繰り返
し形成することで、任意の層数の多層配線部を形成する
ことができる。また多層配線部の最上層の配線導体層２
は配線導体層２用の銅層上にめっき法によりニッケル層
や金層を形成するとよい。

【００４７】かくして、本発明の多層配線基板によれ
ば、基板１の上面に配設させた多層配線部上に半導体素
子や容量素子・抵抗器等の電子部品を搭載実装し、電子
部品の各電極を配線導体層３に電気的に接続することに
よって半導体装置や混成集積回路装置となる。

【００４８】なお、本発明は上述の例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々
の変更は可能である。

【００４９】例えば、上述の例においては基板１の上面
にのみ絶縁層３と配線導体層２とから成る多層配線部を
設けたが、多層配線部を基板１の下面側のみに設けて
も、上下の両面に設けてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明の多層配線基板に
よれば、下地導体層の厚みを貫通孔の深さの１／50以上
１／20以下としてあるため、貫通孔の内壁の下側部分で
の下地導体層のつきまわり量が電解めっき時の電気導通
部として十分に確保される。また、貫通孔の内部を必要
以上に狭くしないため、電解めっき液の循環不足による
めっき液の滞留もなくなり、貫通孔の内壁部分における
主導体層の厚みを十分なものとすることができる。

【００５１】さらに、主導体層の厚みは下地導体層の厚
みの２倍以上６倍以下としてあるため、下地導体層の厚
みに比べ主導体層の厚みが十分確保される。これにより
線幅方向からのエッチングが進まず、エッチングにおけ
る線幅の小さな配線導体層の消失がなくなる。また、配
線導体層の厚みが貫通孔の径の半分より小さいため、配
線導体層が貫通孔の上面側をふさぐこともなくなり、貫
通孔の内部でのめっき液の残留を生じなくなる。

【００５２】その結果、配線導体層の高密度化と接続信
頼性の向上とを達成した多層配線基板となる。

【００５３】さらに、本発明の多層配線基板によれば、
上記と同様に配線導体層が良好に形成され配線導体層の
高密度化と接続信頼性が向上するとともに、貫通孔の径
を深さに対して0.8倍以上1.2倍以下とすることにより、
貫通孔の径を所望の径に小さくできるため配線導体層の
引きまわし領域が増加し、配線導体層のより一層の高密
度化と接続信頼性の向上とを達成した多層配線基板とな
る。

【００５４】さらに、本発明の多層配線基板によれば、
上記と同様に配線導体層が良好に形成され配線導体層の
高密度化と接続信頼性が向上するとともに、配線導体層
の線幅を厚みに対して0.5倍以上４倍以下とすることに
より、配線導体層を所望の線幅に小さくできるため同一
領域であっても配線数をより一層増加させることがで
き、配線導体層のより一層の高密度化と接続信頼性の向
上とを達成した多層配線基板となる。

【００５５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示
す断面図である。

【図２】本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示
す要部を拡大した断面図である。

【符号の説明】

１・・・・基板 ２・・・・配線導体層 ３・・・・絶縁層 ４・・・・下地導体層 ５・・・・主導体層 ６・・・・貫通孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、下地導体層および主導体層か
   ら成る配線導体層と絶縁層とを多層に積層するととも
   に、上下に位置する前記配線導体層同士をその間の前記
   絶縁層に設けた貫通孔に上側の前記配線導体層を延在さ
   せることにより電気的に接続して成る多層配線基板であ
   って、前記配線導体層は、前記下地導体層の厚みを前記
   貫通孔の深さの50分の１以上20分の１以下とし、かつ前
   記主導体層の厚みを前記下地導体層の厚みの２倍以上６
   倍以下としてあることを特徴とする多層配線基板。
2. 【請求項２】 前記貫通孔の径を深さに対して0.8倍以
   上1.2倍以下としてあることを特徴とする請求項１記載
   の多層配線基板。
3. 【請求項３】 前記配線導体層の線幅を厚みに対して0.
   5倍以上４倍以下としてあることを特徴とする請求項１
   または請求項２記載の多層配線基板。