JP2006165355A - 多層配線基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微小径のビア形成および金属配線−ビア接続を安定して行うことを可能し、更なる高密度配線を実現することができる多層配線基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 絶縁膜１上に金属配線２を形成した複数の配線基板を積層し、前記絶縁膜１を介して層が異なる前記金属配線２の相互間を単一金属部材３が電気的に接続する多層配線基板であり、前記単一金属部材３は、当該単一金属部材３が貫通する前記絶縁膜１上に形成した前記金属配線２に接触する一方の先端部径が軸部径より大きいことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、安定した微小径のビア形成、金属配線−ビア間の低抵抗な接続、更なる高密度配線を実現可能な半導体素子搭載用の多層配線基板およびその製造方法に関するものである。

近年においては、電子機器、特に携帯機器で多機能化、高機能化、省スペース化及び低コスト化の要望が高まっている。その動向に対応するかたちで半導体素子はチップサイズをシュリンクし、狭ピッチで配置された多ピンの半導体素子が主流となってきた。

そこで、パッケージ（半導体製品）として上記のような特徴を有する半導体素子をパッケージングし、セット（需要家）の要望を満たしたパッケージを開発することが急務となった。

パッケージ開発においては、当初ＱＦＰ（Quard Flat Package）の多ピン化で端子ピッチを狭ピッチ化することで省スペース化に貢献してきた。しかしながら、更なる省スペース化の要望に応えるために端子配列をエリアアレイ化したＢＧＡ（Ball Grid Array）が開発され、ＢＧＡの需要が増大してきた。

ＢＧＡのインターポーザで主流となるのが有機基板であり、その有機基板にも半導体素子の多ピン化およびパッケージの省スペース化に応えるために高密度配線が求められるようになった。この有機基板で高密度配線を実現するために、金属配線幅および金属配線間隔の微細化と、層の異なる金属配線を電気的に接続するビアの径を小さくする開発が進められてきた。

通常のビア形成方法では、絶縁膜の所定位置にドリルまたはレーザーにより穴を開け、その穴に化学めっきまたは電解めっきを施して金属材料を埋め込むことでビアを形成する。しかしながら、ビア径が小さくなるとアスペクト比が高くなってめっき加工では絶縁膜に形成した穴にめっき金属材料が埋まりきらず、または形成したビア中央部にボイドが発生するといった問題があり、最終的にはビア内の断線に結びついて製造上の歩留りを下げる大きな要因となり得る。

そこで上記のような課題を解決するためのビア形成方法としては２種類のものがある。１つは、絶縁膜の所定位置にビアとして金属ピンを食い込ませるビア形成方法である。もう一つは、絶縁膜の両面に金属箔を積層し、一方の面の金属箔を絞りパンチで他方の面の金属箔に向けて押圧することで絶縁膜を貫通する凹部を金属箔に形成し、この凹部を他方の金属箔に接触させてビアを形成する方法である。
特開平３−２５７８９３号公報 特開２０００−１５１１０号公報

しかしながら、上記の技術では次のような課題がある。まず、１つ目の絶縁膜の所定位置にビアとして金属ピンを食い込ませるビア形成方法の課題について述べる。
今後更に金属配線が微細化する中で、金属ピンを所定位置にビアとして食い込ませる場合には、金属ピンを食い込ませる位置のばらつき、金属ピン寸法のばらつき、金属配線の幅および位置のばらつきが量産工程上で必ず発生する。

このため、金属配線の中心と金属ピンの中心が必ずしも一致せず、中心ずれが生じることで、金属ピンと金属配線の接触面積が小さくなって接触抵抗が大きくなり、あるいは量産する物のなかに金属ピンと金属配線の接続が不安定となって断線に至るものもある。

次に、絶縁膜の両面に金属箔を積層し、一方の金属箔を絞りパンチで押圧することで絶縁膜を貫通する凹部を金属箔に形成し、凹部をもう一方の金属箔に接触させてビアを形成する方法の課題について述べる。

絶縁膜に積層された金属箔に絞りパンチで凹部を形成すると、凹部の開口周囲におけるコーナー部の金属箔は引っ張り応力を受けて延ばされ、この部位の金属箔厚みは局所的に薄くなる。また、金属箔膜厚にばらつきがあるなかで薄膜傾向の金属箔は、開口周囲のコーナー部で延ばされて断線する可能性がある。従って、このビア形成方法でも、金属配線とビアとの接続が不安定となって断線に至る可能性がある。

上記の課題を解決するため、本発明の多層配線基板とその製造方法は下記のような特徴を有している。
請求項１に係る本発明の多層配線基板は、絶縁膜上に金属配線を形成した複数の配線基板を積層し、前記絶縁膜を介して層が異なる前記金属配線の相互間を単一金属部材が電気的に接続する多層配線基板であり、前記単一金属部材は、当該単一金属部材が貫通する前記絶縁膜上に形成した前記金属配線に接触する一方の先端部径が軸部径より大きいことを特徴とするものである。

この構成により、ビアを形成する単一金属部材は金属配線より突出するの一方の先端部において軸部に比べて径が大きく軸径方向に拡がるので、金属配線を貫通する軸心方向において金属配線に接続するとともに、軸径方向において金属配線に接続に接続する。このため、単一金属部材と金属配線の接触面積が拡大して接触抵抗を抑制することができ、単一金属部材の位置のばらつき、金属配線の幅のばらつき等に起因する単一金属部材と金属配線の接触面積減少を防ぐことが可能となる。

請求項２に係る本発明の多層配線基板は、絶縁膜上に金属配線を形成した複数の配線基板を積層し、前記絶縁膜を介して層が異なる前記金属配線の相互間を単一金属部材が電気的に接続する多層配線基板であり、前記金属配線は、当該金属配線を形成した前記絶縁膜を貫通する前記単一金属部材と接続する部分を２層にしたことを特徴とするものである。

上記した構成により、金属配線において単一金属部材と接続される部分にもう一層の金属層を積層することにより、単一金属部材と金属配線との接触面が単一金属部材の軸心方向（Ｚ軸方向）に拡がり、ビアを形成する単一金属部材と金属配線との安定した接続が実現可能となる。

請求項３に係る本発明の多層配線基板は、単一金属部材が、当該単一金属部材が貫通する絶縁膜とは異なる絶縁膜上に形成した金属配線に接続する先端部表面に金属めっきを施してなることを特徴とするものである。

上記した構成により、単一金属部材はその先端部が金属めっき層厚だけ本来の基材である単一金属部材の先端よりも絶縁膜から突き出て、かつ径方向に拡がる形状となる。このため、複数の配線基板を圧接し積層するときに、相互に隣接する配線基板の一方に設けた単一金属部材の突き出た部分が他方の配線基板の金属配線に食い込むことになり、単一金属部材の先端部は金属めっきを介して金属配線に接続し、その接触面積が拡がるので、異なる配線基板間の金属配線とビアをなす単一金属配線の接続性が向上する。

請求項４に係る本発明の多層配線基板の製造方法は、絶縁膜上にパターニングした金属配線を積層する工程と、ビアを形成する工程と、複数の配線基板を積層し圧接する工程から構成され、ビアを形成する工程において単一金属部材を金属配線の所定位置に打ち込んでビア形成することを特徴とするものである。

請求項５に係る本発明の多層配線基板の製造方法は、絶縁膜上にパターニングした金属配線を積層する工程で、金属配線のビア接続部のみ金属配線を２層に積層することを特徴とするものである。

この構成により、ビアをなす単一金属部材と金属配線との接続面を単一金属部材の軸心方向（Ｚ軸方向）に広げてビア−金属配線の安定した接続が期待できる。
請求項６に係る本発明の多層配線基板の製造方法は、ビアを形成する工程において先端部径のみを大きく加工した単一金属部材を用いてビア形成することを特徴とするものである。

上記した構成により、ビアをなす単一金属部材の先端部において金属配線との接続を十分に確保でき、安定した多層配線基板の製造方法が実現できる。
請求項７に係る本発明の多層配線基板の製造方法は、ビアを形成する工程において、棒状の単一金属部材を絶縁膜の所定位置に打ち込んだ後に、単一金属部材の先端部を融解により半球状に形成して当該先端部径を軸部径より大きく形成することを特徴とするものである。

上記した構成により、単一金属部材に棒状のものを用いることにより、先端部径のみ大きく加工した単一金属部材よりも部品費用の低コスト化が期待できる。
請求項８に係る本発明の多層配線基板の製造方法は、ビアを形成する工程において、先端形状を鋭角に加工した単一金属部材を用いることを特徴とするものである。

上記した構成により、絶縁膜の所定位置に単一金属部材を打ち込みやすくなる。

本発明によれば、ビアが単一金属部材で構成されるので、ビア自身における断線等の初期不良は発生しせず、更に化学めっき又は電解めっきでビアを形成する場合と比較して工程管理が容易になる。その結果、高密度配線を実現した多層配線基板の歩留りが向上し低コスト化が期待できる。

以下に本発明における多層配線基板の実施形態およびその製造方法について図１〜６を参照にしながら以下に述べる。
図１は本発明の第１の実施形態における多層配線基板を示しており、１は絶縁膜、２は金属配線、３はビアとなり単一金属部材を示す。

本実施の形態における多層配線基板は、絶縁膜１上に金属配線２を形成する複数の配線基板を積層し、絶縁膜１を介して層が異なる金属配線２の相互間を金属部材３で電気的に接続する構成である。

そして、単一金属部材３は、この単一金属部材３が貫通する絶縁膜１に形成した金属配線２に接触する一方の先端部３ａにおいて、その先端部径を軸部径より大きくしたものである。

このように、単一金属部材３の先端部径を大きくすることにより、ビアをなす単一金属部材３と金属配線２との接触面積が大きくなって安定した接続が確保される。このため、量産時においても、単一金属部材３の位置ばらつき、金属配線２の幅ばらつき等の影響による単一金属部材３と金属配線２の接触面積の減少を防ぐことが可能となり、接触抵抗の増大、あるいは断線を防止できる。

更に、金属配線２と単一金属部材３の接続を安定化するために、単一金属部材３が、この単一金属部材３が貫通する絶縁膜１とは異なる他の絶縁膜１に形成した金属配線３に接続する先端部３ｂの表面に金属めっき４を施している。

この構成により、単一金属部材３はその先端部３ｂが金属めっき４の層厚だけ本来の基材である単一金属部材３の先端よりも絶縁膜１から突き出て、かつ径方向に拡がる形状となる。

このため、複数の配線基板を圧接し積層するときに、相互に隣接する配線基板の一方に設けた単一金属部材３の突き出た部分が他方の配線基板の金属配線２に食い込むことになり、単一金属部材３の先端部は金属めっき４を介して金属配線２に接続し、その接触面積が拡がるので、異なる配線基板間の金属配線２とビアをなす単一金属配線３の接続性が向上する。

図２は本発明の第１の実施形態における多層配線基板の製造方法を示している。この製造方法は、図２（ａ）に示すように、絶縁膜１上に金属配線２を積層する工程と、図２（ｂ）に示すように、単一金属部材３を金属配線２の所定位置に打ち込んでビアを形成する工程（金属めっき４を施す工程を含む）と、図２（ｃ）に示すように、先の工程を経て作製した各配線基板を積層する工程と、図２（ｄ）に示すように、積層された配線基板を圧接して多層配線基板を作製する工程とで構成される。

図２に示す製造方法では単一金属部材３として、予め一方の先端部３ａにおける先端部径を軸部径より大きくしたものを用いており、先端部３ａにおいて単一金属部材３と金属配線２との接触面積が大きくなり、単一金属部材３の位置のばらつき、金属配線２の幅のばらつき等の影響を受けずにビアをなす単一金属部材３と金属配線２の安定した接続が確保できる。

図３は本発明の第１の実施形態における多層配線基板の他の製造方法を示している。この製造方法は、図３（ａ）に示すように、絶縁膜１上に金属配線２を積層する工程と、図３（ｂ）に示すように、単一金属部材３を金属配線２の所定位置に打ち込んでビアを形成する工程（金属めっき４を施す工程を含む）と、図３（ｃ）に示すように、単一金属部材３の先端部３ａを加熱して融解することで半球状に形成してその先端部径を軸部径より大きくする工程と、図３（ｄ）に示すように、先の工程を経て作製した各配線基板を積層する工程と、図３（ｅ）に示すように、積層された配線基板を圧接して多層配線基板を作製する工程とで構成される。

図３に示す製造方法では、図３（ｃ）に示すことにより、単一金属部材３の先端を半球状に形成することにより、先端部３ａにおいて単一金属部材３と金属配線２との接触面積が大きくなり、単一金属部材３の位置のばらつき、金属配線２の幅のばらつき等の影響を受けずにビアをなす単一金属部材３と金属配線２の安定した接続が確保できる。また、単一金属部材３として全体が同一径の棒状のものを用いるので、図２に示したように先端を大きくした単一金属部材３を使用するよりも部品の低コスト化を図ることができる。

図４は本発明の第２の実施形態における多層配線基板を示しており、絶縁膜１上に金属配線２を形成する複数の配線基板を積層し、絶縁膜１を介して層が異なる金属配線２の相互間を金属部材３で電気的に接続する構成であり、金属配線２は、この金属配線２を形成した絶縁膜１を貫通する単一金属部材３と接続する部分にもう１層の金属層５を積層して２層構造としている。

この構成においては、金属配線２において単一金属部材３と接続される部分にもう一層の金属層５を積層することにより、単一金属部材３と金属配線２との接触面が単一金属部材３の軸心方向（Ｚ軸方向）に拡がり、ビアを形成する単一金属部材３と金属配線２との安定した接続が実現可能となる。また、単一金属部材３として棒状のものを使用するので、予め先端部径を大きくした単一金属部材３を用いるよりも部品の低コスト化を図ることができる。

図５に本発明の第２の実施形態における多層配線基板の製造方法を示しており、図５（ａ）に示すように、絶縁膜１上に金属配線２を積層する工程と、図５（ｂ）に示すように、金属配線２において単一金属部材３と接続する部分上にもう１層の金属層５を積層する工程と、図５（ｃ）に示すように、単一金属部材３を金属配線２の所定位置に打ち込んでビアを形成する工程（金属めっき４を施す工程を含む）と、図５（ｄ）に示すように、先の工程を経て作製した各配線基板を積層する工程と、図５（ｅ）に示すように、積層された配線基板を圧接し多層配線基板を作製する工程とで構成される。

上記した構成により、単一金属部材３と金属配線２との接触面が単一金属部材３の軸心方向（Ｚ軸方向）に拡がり、ビアを形成する単一金属部材３と金属配線２との安定した接続が実現可能となる。

図６は本発明の第２の実施形態における多層配線基板の他の製造方法を示しており、図６（ａ）に示すように、絶縁膜１上に金属配線２を積層する工程と、６（ｂ）に示すように、金属配線２において単一金属部材３と接続する部分上にもう１層の金属層５を積層する工程と、図６（ｃ）に示すように、先端を鋭角に加工した単一金属部材６を金属配線２の所定位置に打ち込んでビアを形成する工程と、図６（ｄ）に示すように、先の工程を経て作製した各配線基板を積層する工程と、図６（ｅ）に示すように、積層された配線基板を圧接し多層配線基板を作製する工程とで構成される。

上記した構成により、単一金属部材６と金属配線２との接触面が単一金属部材６の軸心方向（Ｚ軸方向）に拡がり、ビアを形成する単一金属部材６と金属配線２との安定した接続が実現可能となる。また、先端を鋭角に加工した単一金属部材６を用いることにより、単一金属部材６を金属配線２の所定位置に打ち込むことが容易になる。

本発明の多層配線基板およびその製造方法は、単一金属部材でビアを形成することで多層基板の高密度配線を安定的に製造できるため、省スペースで高機能化が強く要求される携帯機器向けの半導体素子を搭載する半導体装置に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る多層配線基板の断面図 本発明の第１の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す説明図 本発明の第１の実施形態に係る多層配線基板の他の製造方法を示す説明図 本発明の第２の実施形態に係る多層配線基板の断面図 本発明の第２の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す説明図 本発明の第２の実施形態に係る多層配線基板の他の製造方法を示す説明図

符号の説明

１ 絶縁膜
２ 金属配線
３ 単一金属部材
４ 金属めっき
５ 金属配線上に積層された金属層
６ 先端を鋭角に加工された単一金属部材

Claims (8)

1. 絶縁膜上に金属配線を形成した複数の配線基板を積層し、前記絶縁膜を介して層が異なる前記金属配線の相互間を単一金属部材が電気的に接続する多層配線基板であり、前記単一金属部材は、当該単一金属部材が貫通する前記絶縁膜上に形成した前記金属配線に接触する一方の先端部径が軸部径より大きいことを特徴とする多層配線基板。
2. 絶縁膜上に金属配線を形成した複数の配線基板を積層し、前記絶縁膜を介して層が異なる前記金属配線の相互間を単一金属部材が電気的に接続する多層配線基板であり、前記金属配線は、当該金属配線を形成した前記絶縁膜を貫通する前記単一金属部材と接続する部分を２層にしたことを特徴とする多層配線基板。
3. 単一金属部材が、当該単一金属部材が貫通する絶縁膜とは異なる絶縁膜上に形成した金属配線に接続する先端部表面に金属めっきを施してなることを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線基板。
4. 絶縁膜上にパターニングした金属配線を積層する工程と、ビアを形成する工程と、複数の配線基板を積層し圧接する工程から構成され、ビアを形成する工程において単一金属部材を金属配線の所定位置に打ち込んでビア形成することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
5. 絶縁膜上にパターニングした金属配線を積層する工程で、金属配線のビア接続部のみ金属配線を２層に積層することを特徴とする請求項４に記載の多層配線基板の製造方法。
6. ビアを形成する工程において先端部径のみを大きく加工した単一金属部材を用いてビア形成することを特徴とする請求項４に記載の多層配線基板の製造方法。
7. ビアを形成する工程において、棒状の単一金属部材を絶縁膜の所定位置に打ち込んだ後に、単一金属部材の先端部を融解により半球状に形成して当該先端部径を軸部径より大きく形成することを特徴とする請求項４に記載の多層配線基板の製造方法。
8. ビアを形成する工程において、先端形状を鋭角に加工した単一金属部材を用いることを特徴とする請求項４に記載の多層配線基板の製造方法。

Images