JP2008172151A

JP2008172151A - 多層配線基板

Info

Publication number: JP2008172151A
Application number: JP2007006001A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Takano; 貴正高野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】絶縁樹脂層上に形成された金属配線層に膨らみや剥がれのない高い信頼性を備えた多層配線基板を提供する。
【解決手段】シリコン基板の一主面側に第一および第二の配線層１２ａ、１２ｂを順に、それらの各配線層１２ａ、１２ｂ間に絶縁樹脂層１３ａを介在させて形成してなる多層配線基板の、第二の配線層１２ｂに、絶縁樹脂層１３ａから排出されるガス成分の逃げ孔１４を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップの高密度実装用インターポーザやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）基板などとして使用される多層配線基板に関する。

近年、電子機器、特にコンピュータや通信機器は、小型軽量化に伴い、ＳＯＣ（System On Chip）やＳＩＰ（System In Package）に代表されるような小型で大規模な集積回路を有する半導体チップが用いられる。

このような半導体チップを実装するには、インターポーザと称するシリコンをコア材とした微細配線基板が用いられる。また、このような半導体チップを検査するためにもＭＥＭＳ基板と称するシリコンをコア材とした微細配線基板が用いられる。

図８は、このような配線基板の一例を示したものである。図８に示すように、この配線基板は、シリコン基板（シリコンウエハ）１の一主面上に銅（Ｃｕ）や金（Ａｇ）、アルミ（Ａｌ）などからなる配線層２ａ、２ｂ、…およびポリイミド樹脂などの絶縁樹脂からなる絶縁層３ａ、３ｂ…を交互に形成した構造を有する（図面には、２層の配線層２ａ、２ｂおよび２層の絶縁層３ａ、３ｂのみが示されている。）。なお、図示は省略したが、シリコン基板１の他方の主面上にも同様に配線層および絶縁層を交互に形成したものも知られている。両主面上の配線層はシリコン基板１１に設けた貫通ビアを介して電気的に接続される。

図８に示す配線基板は、一般に、次のような方法で製造されている。

まず、表面に絶縁処理を施したシリコン基板１の一方の主面上に、例えばスパッタ法と電解めっき法の併用によって、第一の配線層２ａを形成する。次いで、塗付法により、第一の配線層２ａを覆うように絶縁樹脂からなる第一の絶縁層３ａを形成した後、この第一の絶縁層３上に第一の配線層２ａの場合と同様にして、第二の配線層２ｂを形成し、さらに、その上に第一の絶縁層３ａの場合と同様にして第二の絶縁層３ｂを形成する。このようにして配線層と絶縁層の形成を繰り返すことにより多層配線基板が得られる（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような従来の配線基板の製造方法においては、例えば第一の絶縁層３ａ上の第二の配線層２ｂを形成する際、あるいは、その上にさらに第二の絶縁層３ｂを形成する際に、第二の配線層２ｂのパターンによっては、第一の絶縁層３ａから発生したガス（第一の絶縁層３ａを形成した際に残留した有機溶剤、架橋剤、感光剤、未反応モノマーなどが第二の配線層２ｂや第二の絶縁層３ｂ形成時の熱処理によってガス化したもの）により第二の配線層２ｂに膨らみが生じ、場合により第一の絶縁層３ａから剥がれてしまうことがあった。このような膨らみや剥がれの発生は、基板サイズが大きく（例えば２５ｍｍ×２５ｍｍ以上）、かつ、配線面積の大きいグラウンド用配線層や電源用配線層で、特に顕著であった。
特開２００４−１５２９１５号公報

本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたもので、絶縁樹脂からなる絶縁層上に形成された配線層に膨らみや剥がれのない高い信頼性を備えた多層配線基板を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、シリコンをコアとした基板の少なくとも一つの主面上に金属配線層と絶縁樹脂層を交互に形成してなる多層配線基板であって、前記金属配線層の少なくとも１層に、それと接し、かつ、それより先に形成された絶縁樹脂層から排出されるガス成分の逃げ孔を設けたことを特徴とする多層配線基板が提供される。

本発明の一態様による多層配線基板によれば、絶縁樹脂層上に形成される配線層に膨らみや剥がれのない高い信頼性を備えた多層配線基板を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態は図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に何ら限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る多層配線基板の構成を示す概略断面図であり、また、図２は、図１に示す多層配線基板の製造方法の工程を示す概略断面図である。なお、この多層配線基板は、半導体チップを搭載するためのインターポーザおよび半導体チップ検査用のＭＥＭＳ基板などとして使用されるものである。

図１において、１１は、本実施形態の多層配線基板の基材となる、例えば１辺の長さが１ｍｍ〜６０ｍｍ、厚さが２００μｍ〜２０００μｍで、表面に絶縁処理を施されたシリコン基板を示している。このシリコン基板１１の一主面上には、例えば厚さが１μｍ〜８μｍの第一の配線層１２ａが形成され、この第一の配線層１２ａを覆うように、例えば厚さが２μｍ〜１０μｍの第一の絶縁樹脂層１３ａが設けられている。また、第一の絶縁樹脂層１３ａ上には、グラウンド用や電源用などとして使用される配線面積の大きい（例えば、１００ｍｍ^２以上）第二の配線層１２ｂが設けられ、さらに、この第二の配線層１２ｂ上には第二の絶縁樹脂層１３ｂが形成されている。

そして、第一の絶縁樹脂層１３ａ上の第二の配線１２ｂには、図３に示すように、直径もしくは１辺の長さが１０μｍ〜３０μｍ程度の円形状もしくは四角形状の孔１４が多数、設けられている。これらの孔１４は、主として第一の絶縁樹脂層１３ａで発生したガス成分の逃げ孔として機能するものである。

次に、上記多層配線基板の製造方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１１の一主面上に、第一の配線層１２ａを形成する。この第一の配線層１２ａは、シリコン基板１１の一主面上に、スパッタ法により薄い導電性シード層を形成した後、この導電性シード層の表面にドライフィルムのロールラミネートや液状レジストの塗付によってレジスト層を形成する。次いで、このレジスト層に露光・現像を行い、パターンニングされためっき用レジスト層を形成した後、めっき用レジスト層が形成されていない部分の導電性シード層上に電解めっきによりめっき層を形成する。その後、めっき用レジスト層を除去し、さらにフラッシュエッチングにより導電性シード層の不要部分を除去する。これにより所定のパターンを有する第一の配線層１２ａが形成される。この第一の配線層１２ａの形成には、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらを含む合金が好適に用いられる。

次に、図２（ｂ）に示すように、第一の配線層１２ａを形成したシリコン基板１１上に、第一の配線層１２ａを覆うように第一の絶縁樹脂層１３ａを形成する。この第一の絶縁樹脂層１３ａは、ポリイミド樹脂溶液などの加熱すると絶縁樹脂になる液を、スピンコート、ディップコート、スプレーコート、バーコートなどの方法で塗付し、乾燥後、加熱硬化させる、いわゆる塗布法により形成される。絶縁樹脂としては、ポリイミド樹脂の他、ベンゾシクロブテン樹脂、カルド樹脂、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、フェノール樹脂、アラミド樹脂、ポリオレフィン樹脂（ポリエチレン樹脂など）、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、液晶ポリマー、ＢＴレジン、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、シンジオタクチック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾオキサゾールなどが使用される。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。また、これらの樹脂には、ガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナなどの無機フィラーが配合されていてもよい。さらに、上記樹脂と補強材としてガラス、アラミド、フッ素、ポリベンゾオキサゾール、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリ液晶ポリマーなどの繊維からなる織布、不織布、編み物などを組み合わせて使用してもよい。また、この第一の絶縁樹脂層１３ａは、単層構造であっても、２層以上の積層構造であってもよい。

続いて、図２（ｃ）に示すように、この第一の絶縁樹脂層１３ａ上に、第二の配線層１２ｂを形成する。この第二の配線層１２ｂは、第一の配線層１２ａと同様の方法により形成される。すなわち、例えば、配線パターンおよび円形状もしくは四角形状の孔に対応しためっき用レジスト層をパターニングして第二の配線層１２ｂを形成する。これにより、配線パターンに図３に示すような円形状もしくは四角形状の孔１４が形成される。この孔１４は、前述したように、主として第一の絶縁樹脂層１３ａで発生したガス成分を逃がすためのものである。すなわち、第二の配線層１２ｂに先立って形成される第一の絶縁樹脂層１３ａは、塗付法により形成されているため、内部に微量ではあるが有機溶剤、架橋剤、感光剤、未反応モノマーなどが残留しており、これらの残留成分の一部が、第二の配線層１２ｂを形成する際、めっき層のアニール時に、ガスとなって排出され、第二の配線層１２ｂに膨らみや剥がれを発生させるおそれがあるが、第二の配線層１２ｂにガス逃げ孔１４が設けられているため、そのような残留成分による膨らみや剥がれの発生を防止され、第一の絶縁樹脂層１３ａに対し密着性の良好な第二の配線層１２ｂが形成される。

この後、図２（ｄ）に示すように、第二の配線層１２ｂ上に、第二の絶縁樹脂層１３ｂを形成する。第二の絶縁性樹脂層１３ｂは、第一の絶縁樹脂層１３ａと同様の方法および材料を用いて形成し、その後、膜を緻密にして強固にするため焼成を行う。この第二の絶縁樹脂層１３ｂの焼成温度は、前記した第二の配線層１２ｂ形成時のめっき層のアニール温度よりも高温である。そのため、第一の絶縁樹脂層１３ａ内部に残っていた残留成分がここでもガスとなって排出され、第二の配線層１２ｂに膨らみや剥がれを発生されるおそれがあるが、第二の配線層１２ｂにガス逃げ孔１４が設けられているため、そのような残留成分による膨らみや剥がれの発生が防止される。これにより、図１に示したような、シリコン基板上１１に、第一の配線層１２ａ、第一の絶縁樹脂層１３ａ、第二の配線層１２ｂおよび第二の絶縁樹脂層１２ｂが順に形成された多層配線基板であって、第一の絶縁樹脂層１３ａおよび第２の絶縁樹脂層１３ｂに対し密着性の良好な第２の配線層１２ｂを備えた多層配線基板を得ることができる。なお、第一の絶縁樹脂層１３ａと第二の絶縁樹脂層１３ｂは、同種の材料で形成されていてもよく、異種の材料で形成されていてもよい。

このように形成される多層配線基板においては、従来のように、塗付法による第一の絶縁樹脂層１３ａ上に形成される第二の配線層１２ｂに、第一の絶縁樹脂層１３ａ内に残留する有機溶剤、架橋剤、感光剤、未反応モノマーなどに起因した膨らみや剥がれが発生することがないため、第一の絶縁樹脂層１３ａと第二の配線層１２ｂとの密着性が向上し、高い信頼性が確保される。

ここで、第二の配線層１２ｂに形成されるガス逃げ孔１４について記載する。このガス逃げ孔１４は、当該配線層、すなわち第二の配線層１２ｂとしての機能を損なわず、かつ、第一の絶縁樹脂層１３ａからのガス成分を逃がすことができれば、形状、数、形成位置などは特に限定されるものではない。

しかしながら、伝送特性の観点から、例えば、図４に示すように、下層配線層である第一の配線層１２ａに対応する位置を除く領域、つまり第一の配線層１２ａと重ならない位置に、直径もしくは１辺の長さが１０μｍ〜３０μｍ程度の円形状もしくは四角形状の孔１４を設けることが好ましい。これは、下層配線層に限らず上層配線層に対しても同様である。すなわち、ガス逃げ孔１４は、下層配線層のみならず、上層配線層に対応する位置を除く領域、つまり上層配線層と重ならない位置に設けることが好ましい。

ちなみに、図４の例では、形成可能な面積が狭い領域Ａに、直径もしくは１辺の長さが１０μｍ〜３０μｍ程度の円形状もしくは四角形状の孔１４が１ｍｍ〜２ｍｍ間隔で設けられており、また、形成可能な面積が比較的大きい領域Ｂには、同様の孔１４が集合して設けられている。

次に、本発明者が、ガス逃げ孔１４による配線層の膨れ防止効果を評価するために行った実験およびその結果について記載する。

本実験では、まず、図１に示す配線基板（但し、第二の絶縁樹脂層１３ｂを除く）において、第２の配線層１２ｂに、ガス逃げ孔１４として直径１０μｍの円形状の孔を図５に示すようにピッチＸが５０μｍ〜４０００μｍとなるように設けた配線基板を、図２で説明した方法にしたがって作製した。なお、シリコン基板１１には、表面に絶縁処理を施したシリコン基板（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．６５ｍｍ）を用いた。また、各配線層１２ａ、１２ｂおよび第１の絶縁樹脂層１３ａの材料には、それぞれＡｕおよびポリイミド樹脂を用いた。さらに、各配線層１２ａ、１２ｂおよび第１の絶縁樹脂層１３ａの厚さは、それぞれ２μｍおよび８μｍとした。

また、ガス逃げ孔１４の直径を３０μｍに変えた以外は同様にして、ガス逃げ孔１４の配置ピッチＸの異なる配線基板を作製した。

これらの配線基板について、第２の配線層１２ｂにおける膨れの発生の有無を目視および光学顕微鏡により観察し、その発生率（（膨れ発生試料数／総試料数）×１００（％））を求めた。

これらの測定結果を表１に示す。また、図６に、このようにして求めた直径１０μｍのガス逃げ孔１４および直径３０μｍのガス逃げ孔１４の各配置ピッチＸと膨れ発生率の関係を示す。

表１および図６から明らかなように、配線層の膨れは、直径１０μｍのガス逃げ孔１４の場合も、直径３０μｍのガス逃げ孔１４の場合も、いずれもピッチＸが２０００μｍから始まり、１５００μｍ以下では全く認められなかった。

これらの結果から、ガス逃げ孔１４は、その大きさにかかわらず、４ｍｍ^２の面積内に少なくとも１個存在するように設けることが好ましく、２．２５ｍｍ^２の面積内に少なくとも１個存在するように設けることがより好ましいことが確認された。

以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、シリコン基板１１上に第一および第二の配線層１２ａ、１２ｂ並びに第一および第二の絶縁樹脂層１３ａ、１３ｂのみが形成されているが、第二の絶縁樹脂層１３ｂ上に、さらに他の配線層および他の絶縁樹脂層を繰り返し形成するようにしてもよく、これにより、さらに多層化された多層配線基板を得ることができる。また、シリコン基板１１の他の主面上にも、同様に配線層および絶縁樹脂層を交互に形成するようにしてもよい。図７は、そのような多層配線基板の例を示したもので、シリコン基板１１の一主面上に、第一の配線層１２ａ、第一の絶縁樹脂層１３ａ、第二の配線層１２ｂおよび第二の絶縁樹脂層１３ｂが順に形成される一方、他の主面上に第三の配線層１２ｃ、第三の絶縁樹脂層１３ｃ、第四の配線層１２ｄおよび第四の絶縁樹脂層１３ｄが順に形成された構造を有する。これらの第二の絶縁樹脂層１３ｂ上に形成される他の配線層あるいはシリコン基板１１の他の主面上に形成される配線層においても、第二の配線層１２ｂのように、塗付法による絶縁樹脂層上に形成され、かつ、面積の大きい配線層である場合には、同様にガス逃げ孔を設けることが好ましく、下層の絶縁樹脂層に対し、密着性が良好な配線層を形成することができ、信頼性の高い多層配線基板を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る多層配線基板の構成を示す概略断面図である。図１に示す多層配線基板の製造方法の工程を示す概略断面図である。図１に示す多層配線基板の配線層に設けられたガス成分の逃げ孔の形状を示す上面図である。ガス逃げ孔の好ましい形成例を示す上面図である。ガス逃げ孔の効果を評価するために作製した配線基板の配線層を示す上面図である。ガス逃げ孔の配置ピッチＸと膨れ発生率の関係を示す図である。本発明の多層配線基板の他の構成例を示す概略断面図である。従来の多層配線基板の一構成例を示す概略断面図である。

符号の説明

１１…シリコン基板、１２ａ〜１２ｄ…第一〜第四の配線層、１３ａ〜１３ｄ…第一〜第四の絶縁樹脂層、１４…ガス逃げ孔。

Claims

シリコンをコアとした基板の少なくとも一つの主面上に金属配線層と絶縁樹脂層を交互に形成してなる多層配線基板であって、
前記金属配線層の少なくとも１層に、それと接し、かつ、それより先に形成された絶縁樹脂層から排出されるガス成分の逃げ孔を設けたことを特徴とする多層配線基板。
前記ガス成分の逃げ孔が複数個、分散または集合して設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板。
前記ガス成分の逃げ孔が、４ｍｍ^２の面積内に少なくとも１個存在することを特徴とする請求項２記載の多層配線基板。
前記ガス成分の逃げ孔が設けられている金属配線層は、グラウンド用または電源用金属配線層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の多層配線基板。
前記ガス成分の逃げ孔は、該逃げ孔が設けられている金属配線層に絶縁樹脂層を介して設けられている金属配線層の配線と対応する位置を除く領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の多層配線基板。