JP2006041206A

JP2006041206A - 薄膜多層配線基板

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Publication number: JP2006041206A
Application number: JP2004219526A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Hiwaki; 洋一樋脇
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】大型化、薄型化及び多層化になり、セラミック基板に反りが発生し、その影響で貫通導体の位置がずれても、貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径から貫通導体がはみ出すことのない薄膜多層配線基板を提供すること
【解決手段】本発明の薄膜多層配線基板は、各導体層間を電気的に導通させるため貫通導体９、10、11において、貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径３、４、５を下層から絶縁層の上層側に向かうに伴って漸次大きく形成し、不要に下層まで貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径を大きくしないことで、余分な浮遊容量を抑えることができ、良好な電気的諸特性が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路装置の電気的諸特性を測定するテスター等に用いられる薄膜多層配線基板に関する。

近年、半導体集積回路装置（以後、「半導体装置」と称する。）を搭載した電子機器の小型化、低価格化及び高速化の進展は目ざましく、クロックスピードが100ＭＨｚを超えるマイクロプロセッサも既に開発されている。これに伴って、半導体装置に対する小型化、低価格化及び高速化の要求が強くなっている。電子機器の小型化の要求から、半導体装置をパッケージに実装し使用する方法に変わり、半導体ウエハーから切り出したままの状態で回路基板に直接実装する方法が多用されつつあり、ウエハー状態で電気的諸特性を測定するテスターが増えつつある。

また、半導体装置の高速化からテスターにも高速化が要求され、配線導体に付随する浮遊容量の低減が図られている。このことにより、絶縁材料として比誘電率の低い樹脂絶縁層を用い、配線導体には低抵抗材料である銅（Ｃｕ）を微細加工して多層高密度化配線を可能とした薄膜多層配線基板が用いられることが多くなってきた。また、ウエハー状態で測定されることから、テスター等に用いられる薄膜多層配線基板も大型化、及び配線数が増え多層化する傾向にある。

このような薄膜多層配線基板の断面図を図２に示す。図２において、21は薄膜多層配線基板、22はセラミック基板、26，27，28は樹脂絶縁層、29，30，31は各導体層間を電気的に導通させる貫通導体、23，24，25は貫通導体26，27，28における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径、32は配線導体、33は半導体装置の実装導体を示す。なお、貫通導体26，27，28における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径23，24，25は、すべて同じ大きさにて形成される（例えば、下記の特許文献１，２参照）。
特開平６−334341号公報特開平７−45950号公報

しかしながら、上記従来の薄膜多層配線基板21によると、基板のより大型化、薄型化及び多層化になるに伴い、樹脂絶縁層26，27，28に使用される有機系絶縁性樹脂の応力により、セラミック基板22にその中央を基点として湾曲状の反りが発生し、樹脂絶縁層26，27，28を順に重ねるに伴い反りが大きくなる。これによって、上層の貫通孔にの内面に貫通導体を形成する際、パターン形成用のレジストのパターン形状と貫通孔の位置がずれて貫通導体を貫通孔内面に良好に形成させることが困難となり、その結果、導体層間の導通不良になるという問題があった。

従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、薄膜多層配線基板において、より大型化、薄型化及び多層化になるに伴い、樹脂絶縁層に使用される有機系絶縁性樹脂の応力により発生したセラミック基板22の反りの影響で各導体層間の導通不良が生じるのを有効に防止することが可能な薄膜多層配線基板を提供することにある。

本発明の薄膜多層配線基板は、セラミック基板上に樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層されている薄膜多層配線基板において、前記導体層は、前記樹脂絶縁層に設けられた貫通孔の内面から前記貫通孔の上側開口の周囲にかけて形成された導体から成る貫通導体を介して下層の前記導体層に電気的に接続されており、前記貫通導体は、前記貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径が前記絶縁層の上層側に向かうに伴って漸次大きくなっていることを特徴とする。

本発明の薄膜多層配線基板は、セラミック基板上に樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層されている薄膜多層配線基板において、導体層は、樹脂絶縁層に設けられた貫通孔の内面から貫通孔の上側開口の周囲にかけて形成された導体から成る貫通導体を介して下層の導体層に電気的に接続されており、貫通導体は、貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径が絶縁層の上層側に向かうに伴って漸次大きくなっていることにより、セラミック基板に有機系絶縁性樹脂製の樹脂絶縁層の応力による反りが発生しても、反りの影響が大きくなる上層側の樹脂絶縁層ほど貫通導体の平面視における面積を大きくすることができ、平面視における貫通導体の中心と貫通孔の中心とが多少ずれてもそのずれを有効に緩和し、貫通孔の内面および上側開口の縁部に良好に貫通導体を形成することができる。その結果、貫通導体の導通不良を有効に防止することができる。

また、不要に下層まで貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径を大きくしないことで、余分な浮遊容量を抑えることができ、良好な電気的諸特性が得られる。

本発明の半導体集積回路装置の電気的諸特性を測定するテスター等に用いられる薄膜多層配線基板について、以下図面を用いながら説明する。

図１は本発明のテスター用の薄膜多層配線基板（以下、薄膜多層配線基板ともいう）の実施の形態の一例を示した模式図である。

図１において、1は薄膜多層配線基板、２はセラミック基板、６は第１の樹脂絶縁層、７は第２の樹脂絶縁層、８は第３の樹脂絶縁層、９，10，11は上下の導体層間を電気的に導通させる貫通導体を示し、９は第１の貫通導体、10は第２の貫通導体、11は第３の貫通導体である。また、３は第１の貫通導体９における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径，４は第２の貫通導体における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径，５は第３の貫通導体における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径を示し12は配線導体、13は半導体装置の実装導体を示す。なお、図１には、第２の貫通導体10における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径４が第１の貫通導体９における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径３より大きく形成され、また第３の貫通導体11における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径５が、第２の貫通導体10における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径４より大きく形成されている形態の例が示されている。

セラミック基板１は、熱膨張率がウエハーを形成するＳｉに近く、絶縁性に優れる絶縁材料である酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックスから成る。

このようなセラミック基板１は、以下の方法により製作される。例えば酸化アルミニウム質焼結体で形成される場合には、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウムの原材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ドクターブレード法等によってセラミックグリーンシートに成形し、セラミック基板１となる複数のセラミックグリーンシートに裁断する。セラミック基板１に貫通導体が必要な場合には、しかる後、セラミックグリーンシートの貫通導体が形成される所定位置に適当な打ち抜き加工により孔を形成する。

次に、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）合金等の融点の高い金属粉末や適当な樹脂バインダー等から成る金属ペーストを準備し、スクリーン印刷法等によって所定のセラミックグリーンシートの所定位置に内層導体層となる金属ペースト層を10〜15μｍの厚みに形成するとともに貫通導体が形成される孔に金属ペーストを充填する。最後に、これらセラミックグリーンシートを重ね合わせ、高温で焼成し、所定の形状に分割することによって製作される。

配線導体12は、例えばクロム（Ｃｒ）−Ｃｕ合金層や、チタン（Ｔｉ）−Ｃｕ合金層層から成り、蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法等の薄膜形成法によって成膜され、またフォトリソグラフィ法，エッチング法等により、所定の形状をもつ配線導体に加工される。

そして、この配線導体上に有機系絶縁性樹脂製の第１の樹脂絶縁層６が形成され、第１の樹脂絶縁層６にはレーザー加工技術により、第１の樹脂絶縁層６の上下の導体同士の電気的な導通を行なう第１の貫通導体９を形成するための貫通孔が形成される。次に第１の樹脂絶縁層６の上面および貫通孔の内面に、スパッタリング法等によってＣｒ−Ｃｕ合金層等の金属層が形成され、フォトリソグラフィ法，エッチング法等によって所定の形状をもつ導体層や第１の貫通導体９が形成される。

次に、表面に導体層を形成した第１の樹脂絶縁層６上に第２の樹脂絶縁層７が形成され、第２の貫通導体10を形成するための貫通孔が形成された後、第２の樹脂絶縁層７上にも同様に、スパッタリング法等により、Ｃｒ−Ｃｕ合金層等の金属層が形成され、フォトリソグラフィ法，エッチング法等により、所定の形状をもつ導体層や第２の貫通導体10が形成される。

さらに、表面に導体層を形成した第２の樹脂絶縁層７上に第３の樹脂絶縁層８が形成され、第３の貫通導体11を形成するための貫通孔が形成された後、第３の樹脂絶縁層８上にも同様に、スパッタリング法等により、Ｃｒ−Ｃｕ合金層等の金属層が形成され、フォトリソグラフィ法，エッチング法等により、所定の形状をもつ導体層や第３の貫通導体11、実装パッド12が形成される。なお、第３の樹脂絶縁層８が最上層とである場合、その表面に形成された導体層や第３の貫通導体11、実装パッド12の各表面に、腐食等の防止や実装性を向上するためにＮｉ−Ａｕのめっきが施されるのがよい。

配線導体12の厚さは100〜2,000オングストロームが良い。100オングストローム未満では、下地となるセラミック基板１に強固に密着させることが困難となる傾向にあり、2,000オングストロームを超えると、配線導体12の成膜時の配線導体12の内部の応力によって剥離が生じ易くなる。

配線導体12は、セラミック基板１との密着性のよい金属が用いられるのがよく、ＴｉやＣｒ，タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔａ_２Ｎ等が用いられる。

また、第１〜第３の樹脂絶縁層６〜８表面に形成された第１〜第３の貫通導体９〜11や導体層は、種々の金属を用いることができるが、好ましくは、Ｃｒ−Ｃｕ合金がよい。これは、第１〜第３の樹脂絶縁層６〜８上に、薄くかつ密着性および緻密性に優れた被膜を比較的容易に形成することができるからである。かつＣｒは、有機系絶縁性樹脂製の、第１〜第３の樹脂絶縁層６〜８と反応し易いＣｕの第１〜第３の樹脂絶縁層６〜８内への拡散によって樹脂絶縁層の物理特性が害されることを防止する役目を果たすものである。また、Ｃｒの厚さは0.05μｍ〜0.1μｍであることが好ましい。この厚さが0.05μｍ未満であると、Ｃｕの拡散を防止する作用を充分に果たすのが困難になる。一方、この厚さが0.1μｍを超えると、スパッタリングに時間やコストがかかることになり、好適ではない。

このようにして有機系絶縁性樹脂製の第１〜第３の樹脂絶縁層６〜８と金属性の導体層とをセラミック基板２上に交互に積層形成してなる薄膜多層配線基板１において、各導体層間を電気的に導通させるための第１〜第３の貫通導体９〜11は、貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径３〜５を第１〜第３の樹脂絶縁層６〜８の上層側に向かうに伴って漸次大きく形成することにより、セラミック基板２に有機系絶縁性樹脂製の第１〜第３の樹脂絶縁層６〜８の応力による反りが発生しても、反りの影響が大きくなる上層側の樹脂絶縁層ほど貫通導体の平面視における面積を大きくすることができ、平面視における貫通導体の中心と貫通孔の中心とが多少ずれてもそのずれを有効に緩和し、貫通孔の内面および上側開口の縁部に良好に貫通導体を形成することができる。その結果、貫通導体の導通不良を有効に防止することができる。

また、セラミック基板２の中央部よりもセラミック基板２の外辺に近づく程、セラミック基板２の反りの影響による貫通導体の位置のずれが大きくなることが考えられるため、下層ほどセラミック基板２の外側に貫通導体を形成し、セラミック基板２の反りの影響による貫通導体の位置のずれが大きくなる上層ほど、セラミック基板２の中央部側に貫通導体を形成するのがよい。これにより、可能な限り第１〜第３の貫通導体における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径３〜５を小さくすることができ、上層側の余分な浮遊容量が大きくなるのを抑えることができ、良好な電気的諸特性が得られる。

更に、上層の同じ樹脂絶縁層上においても、セラミック基板２中央部よりもセラミック基板２の外辺に近づく程、セラミック基板２の反りの影響による貫通導体の位置のずれが大きくなることが考えられるため、同じ樹脂絶縁層上において、セラミック基板２外辺よりセラミック基板２中央に近づくに伴って漸次、貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径を小さくするのがよい。これにより、可能な限り貫通導体における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径を小さくすることができ、余分な浮遊容量を抑えることができ、更に良好な電気的諸特性が得られる。

また、セラミック基板２の厚みをＴ、貫通導体における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径をＡ、貫通孔の中心軸のセラミック基板２の中央からの距離をＬ、貫通孔の上側開口の直径をＢ、樹脂絶縁層の積層数をＣとすると、おおよそ次の関係式が成り立つ。

Ａ＝Ｂ＋0.03＋0.002＊Ｌ／Ｔ^３＊Ｃ（単位：ｍｍ）（Ｔ≧１）
ここで0.03は、貫通孔と貫通導体における貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径との位置合わせの精度を考慮した補正値である。

なお、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行なうことは何等差し支えない。

本発明の薄膜多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。従来の薄膜多層配線基板の断面図である。

符号の説明

１：薄膜多層配線基板
２：セラミック基板
３：第１の貫通導体における第１の貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径
４：第２の貫通導体における第２の貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径
５：第３の貫通導体における第３の貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径
６：第１の樹脂絶縁層
７：第２の樹脂絶縁層
８：第３の樹脂絶縁層
９：第１の貫通導体
10：第２の貫通導体
11：第３の貫通導体
12：配線導体
13：実装導体

Claims

セラミック基板上に樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層されている薄膜多層配線基板において、前記導体層は、前記樹脂絶縁層に設けられた貫通孔の内面から前記貫通孔の上側開口の周囲にかけて形成された導体から成る貫通導体を介して下層の前記導体層に電気的に接続されており、前記貫通導体は、前記貫通孔の上側開口の周囲の部位の外径が前記絶縁層の上層側に向かうに伴って漸次大きくなっていることを特徴とする薄膜多層配線基板。