JP2008515241A - 相互接続要素の構造体および製造方法と相互接続要素を含む多層配線基板 - Google Patents

Abstract

第１主表面と、第１主表面から離隔した第２主表面と、第１主表面から内向きに延びる複数の凹部とを有する誘電体要素（４）を含む、相互接続要素（２）を提供する。複数の凹部には複数の金属トレース（６）、（６ａ）が埋め込まれ、金属トレースは第１主表面と実質的に面一となる外面と、外面から離隔した内面とを有する。複数のポスト（８）が複数の金属トレース（６）、（６ａ）の内面から誘電体要素（４）を貫通して延び、複数のポストは第２主表面で露出する頂部を有する。複数のそのような相互接続要素（２）を含む多層配線基板（１２）も、そのような相互接続要素および多層配線基板を製造するための様々な方法と共に提供する。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２００４年１０月１日出願の日本国特許出願２００４−２８９７２２に基づくものであり、その優先権を主張し、その内容全体を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。

（発明の分野）
本発明は、特に、例えば集積回路（「ＩＣ」または「チップ」））のような超小型電子ユニットのパッケージングにおける超小型電子部品用の相互接続構造と、他の相互接続構造、例えば、配線基板を含むプリント回路版のような回路パネルとに関する。

一部の多層配線基板では、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂が、各配線レベル内で絶縁体として使用される。配線は、硬化反応が実行された後に、硬化した基板を取付具内にしっかりと保持しながらパターン形成される。この方法により、配線は、配線レベルおよび絶縁体を１つの多層基板に一体に接合する結果、捩れたり、断線することがない。

残念ながら、多層配線基板の配線レベルを熱可塑性プラスチックで絶縁する場合、現在利用可能な方法では満足な結果は得られない。各レベルの熱可塑性絶縁体は、熱可塑性樹脂の融点に近い温度で接合される。これは、そのような多層配線基板内の金属配線の捩れ、隣接する配線との短絡、断線等を引き起こす。

そのような配線板において、金属相互接続層は各層間絶縁層の表面より上に突出するので、多層配線基板を形成する配線板層の表面に凹凸が生じる傾向があった。複数のこれらの配線板層を一体に接合することにより多層配線基板を製造する場合、層の数が多ければ多いほど、多層配線基板の表面の凹凸が大きくなる。これを前提として、配線板として配線パターンに歪みが生じるおそれがあり、隣接配線同士が相互に短絡するおそれがあり、配線が断線するおそれなどがあり、致命的な欠陥が発生する。加えて、半導体集積回路、大規模集積回路などの多層配線基板に搭載される電子部品は、特に、多数の小さい端子を有する。したがって、相互接続要素または多層配線基板上の各組の金属配線の平面性を維持することは非常に望ましい。場合によっては、チップのような電子部品が搭載される相互接続要素の表面の平面性からの大きい逸脱は、高信頼度の搭載の阻害要因となる。

したがって、多層配線基板の表面の過度の凹凸は、看過できない問題をもたらすものであるから、排除しなければならない。

第２に、上述の従来の技術を前提として、単一の多層配線基板を作成するために、１つの配線板を別の配線板と接合し、次いで別の配線板を、先行する接合工程で作成された積層ユニットに接合するという積層工程が必要になることがあり得る。したがって、この工程は複数回繰り返され、その結果、多層配線基板の製造工程数が多くなり、製造コストの低減が困難になる。

本発明の一態様では、第１主表面と、第１主表面から離隔した第２主表面と、第１主表面から内部へと延びる複数の凹部とを有する誘電体要素を含む相互接続要素を提供する。複数の凹部には複数の金属トレースが埋め込まれ、金属トレースは、第１主表面と実質的に面一となる外面と、外面から離隔した内面とを有する。複数のポストは複数の金属トレースの内面から誘電体要素を貫通して延びており、この複数のポストは第２主表面に露出する頂部を有している。

本発明の１以上の好ましい態様では、相互接続要素は、複数の金属トレースの外面と接触するボンディング金属層をさらに含みうる。

本発明の１以上の好ましい態様では、相互接続要素の複数のポストの各々は、相互接続ピラーがそこから延びる複数の金属トレースのうちの１つの外面の表面積より大きい外面表面積を有するように構成することができる。

本発明の１以上の好ましい態様では、誘電体要素は熱可塑性プラスチックを含む。

本発明の１以上の好ましい態様では、複数の金属トレースは銅を含み、複数のポストは銅を含む。

本発明の１以上の好ましい態様では、複数のポストは第２主表面から突出する。

本発明の１以上の好ましい態様では、各々のポストは、複数の金属トレースから延びる第１金属を含む基部構造を含み、各々のポストは、頂部で第１金属の上に重なるボンディング金属をさらに含む。

本発明の１以上の好ましい態様では、第１金属は第１融点を有し、ボンド金属は第１融点より低い第２融点を有する。

本発明の一態様では、多層相互接続要素は複数のそのような相互接続要素を含み、複数の相互接続要素のうちの第１の要素の複数のポストが、複数の相互接続要素のうちの第２の要素の複数の金属トレースの外面に接合される。

本発明の１以上の好ましい態様では、ボンド金属が、複数の相互接続要素のうちの第１の要素の複数のポストと、複数の相互接続要素のうちの第２の要素の複数の金属トレースとの間に配置される。

本発明の１以上の好ましい態様では、複数の金属トレースは第１金属を含み、複数のポストは第２金属を含み、相互接続要素はさらに、複数のポストおよび複数の金属トレースの各々の間に配置された第３金属を含み、第３金属は、第２金属を侵すエッチング液によって侵されない組成を有する。本発明の特定の態様では、第１金属および第２金属は同一金属である。代替的に、第１金属および第２金属は異なる金属とすることができる。

本発明の特定の態様では、相互接続要素を製造するための方法であって、キャリア層の上に重ねたマスク層を介してキャリア層上にボンド金属層を選択的に堆積し、マスク層を介してボンド金属層上に第２金属層をメッキし、その後、マスク層を除去し、複数の金属トレースを含む金属層上に第２マスク層を作製することによって、複数の金属トレースを含む金属層を作製する方法を提供する。そのような方法では、第２マスク層内の開口中に金属をメッキすることによって複数のポストが形成され、誘電体要素は、層間絶縁層を作製し、接続性を向上させるために層間コンタクトピラーの露出表面上に低融点金属層を作製することによって設けられる。

本発明の別の態様では、相互接続要素を製造するための方法であって、複数の金属トレースを含む金属層をキャリア層の上に重ねて作製することを含む方法を提供する。誘電体要素は、複数の金属トレースの外面および誘電体要素の第１主表面がキャリア層に隣接し、かつ複数の金属トレースの内面が外面から離隔した誘電体要素の凹部内に配置されるように、金属層およびキャリア層の上に重なるように設けられ、誘電体要素は第１主表面から離隔した第２主表面を有する。複数の金属ポストは、複数の金属トレースの内面から少なくとも誘電体要素の第２主表面まで延びるように設けられる。該方法は、キャリア層を除去して誘電体要素の第１主表面および複数の金属トレースの外面を露出させることをさらに含む。

本発明の１以上の特定の態様では、複数の金属トレースの外面は、誘電体要素の第１主表面と実質的に面一である。

本発明の１以上の特定の態様では、キャリア層は金属を含み、複数の金属トレースは、フォトレジストの層に開口をパターン形成し、開口内に複数の金属トレースをメッキすることによって形成される。

本発明の１以上の特定の態様では、キャリア層を除去するステップ中に複数の金属トレースが侵されることを、キャリア層を除去するステップ中にエッチング抵抗層が防止するために、開口内に複数の金属トレースをメッキする前に、エッチング抵抗層がキャリア層上に設けられる。

本発明の１以上の特定の態様では、複数の金属ポストを設けるステップは、複数の金属トレースの内面の上に重なる金属の層をエッチングすることを含み、誘電体要素を設けるステップは、複数の金属ポストが複数の金属トレースの内面から延びるように設けられた後で、誘電体要素を形成することを含む。

本発明の１以上の特定の態様では、相互接続要素を製造する上述の方法を含む、多層相互接続要素を製造するための方法を提供する。そのような方法では、複数の相互接続要素のうちの第１の要素の複数のポストは、複数の相互接続要素のうちの第２の要素の複数の金属トレースの外面に同時に接合される。加えて、相互接続要素のうちの第１の要素の誘電体要素の第１主表面は、相互接続要素のうちの第２の要素の誘電体要素の第２主表面に同時に接合される。

本発明の１以上の特定の態様では、同時接合ステップは、複数の相互接続要素のうちの第２の要素の複数のポストを複数の相互接続要素のうちの第３の要素の複数の金属トレースの外面に接合する。

本発明の１以上の特定の態様では、同時接合ステップは、複数の相互接続要素のうちの第１の要素の複数のポストと複数の相互接続要素のうちの第２の要素の複数の金属トレースとの間に配置されたボンド金属の融着と、複数の相互接続要素のうちの第２の要素の複数のポストと複数の相互接続要素のうちの第３の要素の複数の金属トレースとの間に配置されたボンド金属の融着とを同時に行なうことを含む。

本発明の特定の態様では、多層配線基板を製造する方法であって、金属から作られた複数の配線層を有する複数の配線板は、埋め込まれた状態の層間絶縁層の１つの主要表面上に、配線層の主要表面が層間絶縁層の該１つの主要表面と面一になるように作製され、層間コンタクトピラーは、層間絶縁層を貫通して、層間絶縁層のもう１つの主表面に到達しそこで露出されるように、複数の配線層のもう１つの主表面上の配線層の少なくとも一部分の上に金属から作製され、接続性を向上するための低融点金属層は、層間コンタクトピラーの露出表面上に作製される方法を提供する。１つの配線板の配線層が別の配線板の層間コンタクトピラーと接触し、あるいは１つの配線板の層間コンタクトピラーが別の配線板の層間コンタクトピラーと接触するように、作製された複数の配線板が層間コンタクトピラーを介して位置合せされた状態にあるときに、隣接する配線板の層間絶縁層同士が融着して一体化されると共に、接続するときに接続性を向上するための低融点金属層を介して熱を加えかつ圧力を加えることにより、接続性を向上するための低融点金属層を介して、１つの配線板の配線層が別の配線板の層間コンタクトピラーと接続し、あるいは１つの配線板の層間コンタクトピラーが別の配線板の層間コンタクトピラーに接続されるように、複数の作製された配線板は積み重ねて接合される。

本発明の特定の実施形態では、層数が多い場合でも内層パターンが捩れることがなく、隣接する配線と短絡せず、断線しない、多層配線板を提供する。そのような実施形態では、多層配線基板内の各相互接続要素の表面は略平面状の主表面を有する。このようにして、相互接続特徴は、電子部品の搭載に支障を来すような仕方で突出しない。また、多層配線基板を構成する配線板同士の間の電気的接続の信頼性の向上を達成することができる。加えて、そのような相互接続要素を作製するために必要な製造工程の低減を達成することが可能である。

図１Ｃに示した本発明の実施形態に係る相互接続要素では、誘電体層４は、熱可塑性樹脂を含むことが好ましく、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂や、ＰＥＳ樹脂や、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂や、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂や、ＰＥＥＫ−ＰＥＳ樹脂ポリマーブレンドや、液晶ポリマーは、適切な樹脂の特定の例である。誘電体層の厚さは数十から数百ミクロンの間であることが好ましい。

金属トレースを含む金属配線層は、配線層６として機能し、そこから複数のポストが延在し、該ポストは、他の超小型電子素子、例えば回路パネル、チップ、パッケージ素子などと接触するためのコンタクトピラー８として機能する。ポストは、多層配線基板の１つの相互接続要素を別の相互接続要素に接合する層間コンタクトピラー８として機能することができる。ポストは、基本的に銅を含むか、あるいは銅からなることが最も好ましい。好ましくは、ポストは高純度の銅を含む。配線層の厚さは１０から数十ミクロンであることが好ましく、配線層から延びるポストの長さまたは高さは、例えば数十から約１５０ミクロンの間であることが好ましいが、より短いか、あるいはより長くすることもできる。ボンド金属層、好ましくは接続性を向上するための低融点金属層は、ポスト、例えば層間絶縁層の第２主表面に露出した頂部を有する層間コンタクトピラー８の表面上に重なる。ボンド金属層は、２から１０ミクロンの間の厚さであり、１５０から３５０℃の間の融点を有することが好ましい。スズ、亜鉛、リチウム、ビスマス、鉛、アンチモン、銀、銅、金、アルミニウムなどの成分を有する低融点合金は、ボンド金属層１０として使用するのに適しており、好ましい。

特定の実施形態では、チップは相互接続要素に接合され、またはそれによって接触される。そのような相互接続要素は、チップの反対側で回路パネル、第２チップ、またはパッケージされたチップのパッケージ素子とさらに接触することができる。別の実施形態では、相互接続要素２はパッケージされたチップと接触し、相互接続要素とパッケージされたチップとの間の圧力の結果として誘電体層４に多少の撓みが生じるかもしれない中程度の圧力下で、パッケージされたチップとの導通を維持することができる。

多層配線基板の製造の実施形態において、例えば１５０から３５０℃の間の温度に加熱することが適切であり、２０〜１００ｋｇ／ｃｍ²の間の圧力が好ましい。加えて、特に微細なピッチで多数の端子を有する集積回路（ＩＣまたはチップ）のような電子部品が搭載されるときには、相互接続要素の前面および裏面の両方にボンド金属を設けることが好ましい。金はボンド金属層１０として使用するのによく適している。

図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は本発明に係る第１実施形態を示し、図１（Ａ）は複数の相互接続要素、特に積み重ねられた構成に一体に接合される配線板層（本例では８枚の配線板）を接合する前の状態の断面図であり、図１（Ｂ）は配線板層の接合後に結果的に生じる多層配線基板の断面図であり、図１（Ｃ）は他のそのような配線板層と接合して多層配線基板を形成することのできる単一の相互接続要素または配線板の断面図である。

最初に、相互接続要素２または配線板層について、図１（Ｃ）を参照しながら説明する。誘電体層、例えば層間絶縁層４は、例えばＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ＰＥＥＫ−ＰＥＳ樹脂ポリマーブレンド、または液晶ポリマーから作られる例えば熱可塑性樹脂を含む。参照符号６および６ａは、上述の層間絶縁層４の第１主表面（例えば外面）の凹部内に埋め込まれた、１以上の配線層の金属トレースである。配線層６および６ａの外面は、上述の層間絶縁層４の外面つまり第１主表面と面一である。配線層６は、そこから誘電体層４を貫通して第２主表面より先まで延びるポスト、例えば後述する層間コンタクトピラー（８）を有する配線層である。配線層６ａは、ポストまたは層間コンタクトピラー（８）がその表面から誘電体層４を貫通して延びていない配線層である。これらの配線層６および６ａは、例えば銅から形成され、約１０から数十ミクロンの間の厚さを有する。

ポスト８、例えば層間コンタクトピラーは、（誘電体層が被覆された）配線層６の内側の表面から延びて、ポストが誘電体層４の第２主表面で露出するように、層間絶縁層４内に設けられる。特定の実施形態では、ポストの露出面は層間絶縁層４の第２主表面と面一にすることができ、ポストおよび配線層６は両方とも基本的に銅からなる。

ボンド金属層１０は、上述の誘電体層４の第２主表面で露出される、上述の層間コンタクトピラー８の表面の上に重なる層として、接続性を向上するための低融点金属層であることが好ましい。ボンド金属層１０は、例えば１５０から３５０℃の間の融点、および２から１０ミクロンの間の厚さを有することが好ましい。ボンド金属として、組成分としてスズ、亜鉛、リチウム、ビスマス、鉛、アンチモン、銀、銅、金、アルミニウムなどを有する低融点の材料または合金などが好ましい。

次に、複数の配線板層２から多層配線基板を製造する方法について、図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照しながら説明する。

図１（Ｃ）に示す複数の配線板２（本例では８つの配線板２）は作製され、図１（Ａ）に示すように配列され積み重ねられる。配線板２が単に整列され積み重ねられただけの状態であることを示すために、隣接する配線板２および２の間に間隙が示されることに注目されたい。

８つの配線板２、２、．．．のうち、上の４つの配線板２、２、２、２は、配線層６および６ａが上を向き、層間コンタクトピラー８が層間絶縁層４の裏側の表面で露出する側の表面（接続性を向上するための低融点金属層１０が前記露出面に作製される）が下を向くように配向されることに注目されたい。下の４つの配線板２、２、２、２は反対方向に配向され、層間コンタクトピラー８は上向きの表面に露出し、配線層６および６ａの外面は下を向く。単一破線は真ん中の高さを示し、線の上側はＡと定義され、線の下側は（Ｂ）と定義される。

このように、異なる配向のＡおよびＢを有することにより、ＩＣのような電子部品を、多層配線基板１２の両側で配線層６、６ａの外側を向いた主表面に搭載することが可能になる。

したがって、ＡとＢとの間の界面で、配線板２および２の層間コンタクトピラー８および８は、それぞれの配線板２のボンド金属層または低融点金属層１０および１０を介して相互に接続される。さらに、Ａ側にはＢ側と同数の配線板２があるが、必ずしもそうとは限らない。Ａ側に単一の配線板２があり、残りの配線板２が全部Ｂ側にあったり、あるいは逆にＢ側に単一の配線板２があり、残りの配線板２が全部Ａ側にあるなど、様々な構成が可能である。

しかし、図１（Ｃ）に示す複数の配線板２は、配線層６および６ａを両面に有する両面配線板（図示せず）上に積み重ね、積層することができる。しかし、そのような場合、配線層６および６ａをその片側だけに有する図１（Ｃ）に示す配線板２を作製し、配線層６および６ａをその両面に有する、異なる構造を有する配線板も作製することが必要になる。製造効率の観点からは、図１に示す同一の構造を有する配線板２のみから多層配線基板を構成することが好ましい。

図１（Ａ）に示すように、配線板２が位置合せされ、積み重ねられた状態で、熱および圧力を加えることにより、上述のボンド金属層、例えば低融点金属層１０を介して、１つの配線板の配線層６が別の配線板の層間コンタクトピラー８に接続される。加えて、ポストまたは層間コンタクトピラー８および８は、ボンド金属層１０を介して相互に接続される。同時に、熱および圧力を加えることにより、隣接する配線板２および２の層間絶縁層４および４も相互に融着して一体化される。加熱温度は、例えば１５０から３５０℃であり、適切な温度は樹脂の種類に応じて選択される。加えられる圧力は例えば２０〜１００ｋｇ／ｃｍ²の間とする。

これを踏まえて、隣接する配線板２および２の樹脂が積層され一体化されて、図１（Ｂ）に示すように複数の配線板２、２、．．．（本例では８つの配線板２）が積層される、８つの層を有する多層配線基板１２が生成される。

図１Ｂに示す多層配線基板１２を構成する配線板２の各々において、層間絶縁層４の正面側の表面の配線層６および６ａは、金属配線層６および６ａの外面が層間絶縁層４の主表面つまり正面側と面一になる（つまり表面が同一平面上に位置する）ように構成される。加えて、層間絶縁層４のもう１つの主表面（裏側）に露出するポスト８または層間コンタクトピラー８の表面は、層間絶縁層４の裏側表面と面一になる。したがって、多層配線基板１２の主表面は両方とも基本的に平面状または平坦である。しかし、ボンド金属層１０は平面からわずかに突出してもよい。配線板２が一体に接合されるときに、圧力が加えられると、ボンド金属層は横に圧搾される。ポストおよびボンド金属層の表面積は配線板層２全体の表面積に比較して小さいので、配線板の平面性および配線の変形等に対する影響は無視することができる。

したがって、多層配線基板１２が複数のそのような平坦な配線板２および２を接合することによって構成されるので、多層配線基板１２の主表面（頂面および底面）は、配線板２の層の数が増大しても平坦にすることができる。そのようにして、平面性が達成される多層配線基板１２が提供されるので、電子部品の搭載に支障を来す危険性はほとんどない。

さらに、隣接する積み重ねられた配線板２および２の間の電気的接続は、低融点ボンド金属層１０に熱および圧力を加えることにより、金属が配線層と結合することを通して形成される。ボンド金属層が配線層６とポスト８もしくは層間コンタクトピラー８との間、または２つのポストもしくは層間コンタクトピラー８および８の間に介挿される場合、接続の信頼性の向上が達成される。これにより、多層配線基板１２に安定した高信頼度の電気特性および低い欠陥率をもたらすことが可能になる。

さらに、多層配線基板１２は、複数の配線板２をひとまとめに位置合せし、積み重ね、熱および圧力を１回だけ加えて配線板層を接合させることにより作製されるので、部分的に完成した配線板層の積み重ねに層を積み重ねて接合するステップを繰り返す従来の製造方法と比較して、多層配線基板１２の製造に関与する作業の量を低減させることができる。このようにして、製造コストを低減することができ、ひいては多層配線基板１２のコストを低減することが可能になる。

図２（Ａ）〜図２（Ｋ）は、図１（Ｃ）に示す配線板２の製造方法の１つの実施例の製造工程を示す断面図であり、図２（Ｌ）は該製造方法の代替的実施例を説明するための断面図である。

最初に、図２（Ａ）〜図２（Ｋ）を参照しながら、配線板２の製造方法の実施例について説明する。

図２（Ａ）に示すように、レジスト層２２は、キャリア層２０（例えば数十から数百ミクロンの厚さを有する）の両方の主表面（正面側の表面および反対側または裏側の表面）に形成される。好ましくは、キャリア層は基本的に銅を含むか、あるいは銅からなる。しかし、代わりに樹脂をキャリア層２０として使用してもよい。

次に、図２（Ｂ）に示すように、片側の表面のレジスト層２２が露光および現像によりパターン形成されて、配線層６および６ａを作製するためのマスクになる。

次に、図２（Ｂ）に関連して、上述のレジスト層２２をマスクとして使用して、例えばニッケルを含むエッチングバリア層２４が最初に（例えば０．５から５μｍの間の厚さまで）メッキされ、次いで例えば銅を含む配線層６および６ａがメッキにより形成される。図２（Ｃ）は、これらの配線層６および６ａが作製された後の状態を示す。エッチングバリア層２４は、図２（Ｋ）に関連して下述するように、工程の後の時点でキャリア層２０がエッチングによって除去されるときに、配線層６および６ａがエッチングされるのを防止する役割を果たす。

次に、図２（Ｄ）に示すように、上述のレジスト層２２が除去される。

次に、図２（Ｅ）に示すように、レジスト層２６が堆積され、１組のポストまたは層間コンタクトピラー８を作製するためのマスクとしてフォトリソグラフィ技法によりパターン形成される。

次に、図２（Ｆ）に示すように、上述のレジスト層２６は、銅をメッキすることにより層間コンタクトピラー８を作製するときにマスクとして使用される。これらの層間コンタクトピラー８の作製はオーバメッキにより実行されることに注目されたい。オーバメッキとは、特定の厚さより厚い厚さまでメッキすること、換言するとレジスト層２６の厚さより厚い厚さまでメッキすることを指す。その後、層間コンタクトピラー８の高さを特定の値まで低減するためにエッチングまたは研磨を実行することができる。

次に、図２（Ｇ）に示すように、レジスト層２６が除去される。

次に、図２（Ｈ）に示すように、圧力を介して樹脂膜を被覆または接着することにより、層間絶縁層４が作製される。この層間絶縁層４の厚さは上述の層間コンタクトピラー８のそれより大きい。

次に、図２（Ｉ）に示すように、上述の層間絶縁層４は、ポストの頂部が層間絶縁層４の表面と面一になるように、上述のポストまたは層間コンタクトピラー８の表面を露出させるために研磨される。

次に、図２（Ｊ）に示すように、接続性を向上するための低融点金属層１０は、例えば上述の層間コンタクトピラー８の露出面をメッキすることにより作製される。

次に、図２（Ｋ）に示すように、キャリア層２０はエッチングを通して除去される。キャリア層２０が基本的に銅を含み、あるいは銅からなる場合、上述のエッチングバリア層２４は、同じく基本的に銅を含み、あるいは銅からなる配線層６および６ａのエッチング液による侵食を防止する役割を果たす。

次いで、エッチングバリア層２４を完全に除去するために追加の処理を実行することができる。しかし、そのような除去工程の後に、多少の残留物が残っていてもよい。

例えば、上記工程（Ｉ）に示すように研磨によって、層間コンタクトピラー８が層間絶縁層４の表面と面一にされた後、次に図２（Ｌ）に示すように、層間絶縁層４をマスクとして使用して層間コンタクトピラー８の表面をわずかにエッチングすることにより、配線層より上の層間コンタクトピラー８の高さを低減させることができることに注目されたい。その後、後続の工程（Ｊ）で、低融点金属を含むことのできるボンド金属層１０が形成され、それはボンド金属層１０が層間絶縁層４の表面と面一になるように行なうことができる。代替的に、ボンド金属層１０は、層間絶縁層４の主表面より突出するように形成することができる。

上述の実施形態の変形例では、レジスト層２６を除去し、それを層間絶縁層４に置き換える代わりに、組成を有するレジスト層２６を適切な位置に残して、層間絶縁層４またはその一部分としてそのまま使用することができる。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、図２（Ａ）に示した配線板の製造の代替的実施形態を示す断面図である。図３（Ａ）に示すように、金属板３０は３層構造を有する。キャリア層２０は銅を含む。エッチングバリア層２４は、キャリア層を侵すエッチング液によって侵されないニッケルまたは他の金属を含む。配線層（６および６ａ）を形成する別の銅層３２は、圧延により作製された積層構造の一部である。

レジスト層３４が金属層３０の両側に被覆され、銅層３２を被覆するこのレジスト層３４の一部は、エッチングにより配線層６および６ａを作製するために、マスクを介して露光および現像によりパターン形成される。図３（Ｂ）は、レジスト層がパターン形成された後の状態を示す。

次に、図３（Ｃ）に示すように、上述のレジスト層３４をマスクとして使用して上述の銅層３２をエッチングすることにより、配線層６および６ａはパターン形成される。

この後、部分的に完成した配線要素は、図２（Ｄ）〜図２（Ｋ）または図２（Ｌ）に関連して上述の工程から始まる一連の工程により処理されて、完成した配線要素または配線板層を形成する。

図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、図２に示した配線板を製造するための別の代替的実施形態を示す断面図である。

上述の図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示した工程の完了後、配線層６および６ａが作製された側の表面上に、例えばニッケルから作られたエッチングバリア層３６が作製される。その後、層間コンタクトピラー８を形成する銅層、例えば層３８が、好ましくはメッキにより、または代替的に別の堆積技術によって形成される。図４（Ａ）は、銅層３８が作製された後の状態を示す。

次に、図４（Ｂ）に示すように、レジスト層４０が上述の銅層３８の表面上に堆積され、フォトリソグラフィ技法によりパターン形成される。

次に、図４（Ｃ）に示すように、上述のレジスト層４０をマスクとして使用して、上述の銅層３８をエッチングすることによって、層間コンタクトピラー８が形成される。エッチングを実行するときに、上述のように例えばニッケルから作られたエッチングバリア層３６は、エッチング液が配線層６および６ａを侵食するのを防止する役割を果たす。

この後、図４（Ｄ）に示すように、上述のレジスト層４０は除去され、その後、層間コンタクトピラー８がマスクとして使用され、上述のバリア層３６が除去される。

図４（Ｄ）に示す工程の完了後に、基板は図２（Ｈ）に示す工程から始まる一連の工程によって処理される。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、図２（Ａ）〜図２（Ｌ）に示した技法の一部分を適用することにより、例えば、金から作られたスタッドバンプ４４を作製するため、または半田バンプ４６を作製するための技術の説明図である。

図２（Ｄ）に示す工程の完了後に、例えば金から作られるスタッドバンプ４４が、図５（Ａ）に示すように配線層６の表面上に作製され、あるいは半田バンプ４６が図５（Ｂ）に示すように作製される。

この後、図２（Ａ）〜図２（Ｌ）に示す配線板の製造方法の変形例では、金または類似物から作られるスタッドバンプ４２または半田バンプ４４が、上述のメッキピラーの代わりに接続ピラーとして使用され、その後に層間絶縁層４が作製される。

図６（Ａ）〜図６（Ｈ）は、配線要素または配線板層を製造する方法のさらに別の実施例における製造工程を示す断面図である。

最初に、図６（Ａ）に示すように、５層構造を有する金属板６０が作製される。この金属板６０の最下層は、好ましくは基本的に銅を含むかまたは銅からなるキャリア層２０であり、次の層はニッケルから作られるエッチングバリア層６２であり、次の層は配線層６および６ａを形成する銅層６４であり、次の層はニッケルから作られるエッチングバリア層６６であり、最上層は層間コンタクトピラー８となる銅層６８である。

次に、図６（Ｂ）に示すように、レジスト層７０が、層間コンタクトピラー８となる銅層６８の表面に選択的に形成される。

次に、図６（Ｃ）に示すように、上述のレジスト層７０をマスクとして使用し、上述の銅層６８を選択的にエッチングすることにより、層間コンタクトピラー８が作製される。このとき、エッチングバリア層６６は、配線層６および６ａになる銅層６４をエッチング液が侵食することを防止する役割を果たす。

次に、図６（Ｄ）に示すように、上述のレジスト層７０は除去される。

次に、図６（Ｅ）に示すように、上述の層間コンタクトピラー８はマスクとして使用され、層間コンタクトピラー８の下にある部分以外のエッチングバリア層６６は除去される。

次に、図６（Ｆ）に示すように、レジスト層７２は表面全体に形成される。

次に、上述のレジスト層７２は、フォトリソグラフィ技法による露光および現像を通してパターン形成される。

次に、パターン形成されたレジスト層７２をマスクとして使用して、上述の銅層６４をエッチングすることにより配線層６および６ａが作製され、その後にこのレジスト層７２は除去される。図６（Ｈ）は、レジスト層７２が除去された後の状態を示す。

この後、基板は、図２（Ｈ）に関連して上述の工程から開始される一連の工程によって処理される。

図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、基本的に銅を含みあるいは銅からなるキャリア層２０がエッチングにより除去されるときの好ましい状態を示す断面図である。

図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、銅含有（または他の金属を含有する）キャリア層２０が、そのようなキャリア層をエッチングすることなどにより除去されるときに、ボンド金属層１０の侵食を防止する方法を示す。したがって、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示す実施形態では、キャリア層２０は、層間コンタクトピラー８の表面のボンド金属層１０が（破線で示す）保護膜１１によって保護される状態でエッチングされる。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、図２（Ａ）〜図２（Ｋ）に示した上述の実施形態の変形例を示す断面図である。この実施形態では、その上に層間コンタクトピラー８が作製される、配線層６の部分がランドレス構造（landless structure）を有する。ランドレス構造は、相互接続要素の配線密度を高めることによって集積レベルを高めるのに役立つことができる。ここでは、これは、図８（Ｃ）に示すように、層間コンタクトピラー８が直接に接触する配線層６の部分の表面積を低減することにより達成される。

図８（Ａ）に示すように、金属、好ましくは銅を含むキャリア層２０上に配線層６が作製されている。６２は、配線層６とキャリア層２０との間に介挿されたエッチングバリア層であり、例えばニッケル層を含む。この場合、ランドレス構造を使用するには、層間コンタクトピラー８がその上に形成される配線層６の部分が、完成した層間コンタクトピラー８の寸法より小さい寸法を有することが要求される。

次に、図８（Ｂ）に示すように、レジスト層２６が堆積され、フォトリソグラフィ技法によりパターン形成され、その後、レジスト層２６は、メッキにより例えばニッケルから作られるエッチングバリア層３７を作製する際のマスクとして使用される。

次に、上述のレジスト層２６は、例えば銅のメッキにより層間コンタクトピラー８を作製する際のマスクとして使用され、その後、レジスト層２６は除去される。図８（Ｃ）は、レジスト層２６が除去された後の状態を示す。

この後、キャリア層２０は除去される。キャリア層２０が銅を含む場合、エッチングバリア層６２は配線層６のような他の銅含有構造が侵されることを防止し、エッチングバリア層３７はそのような工程中に層間コンタクトピラー８を保護する役割を果たす。

図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は、配線板層とすることのできる配線要素を製造するための方法のさらに別の実施例の製造工程を示す断面図である。本例では、配線層６および６ａの各々の表面にワイヤボンディング特性のようなボンディングを向上するために金属層８２が使用され、金、銀、ニッケルなどを含む、配線板層２が設けられる。

銅から作られたキャリア層２０上で、例えば選択的メッキによりニッケル、金、およびニッケルから作られた３層の下地構造上に、配線層６および６ａが作製される。図９（Ａ）は、配線層６および６ａの作製後の状態を示す。

下地構造は、ニッケル層８０のようなエッチングバリア層、金層８２、および別のニッケル層８４のような第２エッチングバリア層を含む。２つの下地層８０、８２、および８４を含む配線層６および６ａの作製は、例えば最初にレジスト層を堆積し、パターン形成し、次いでパターン形成されたレジスト層を、順次ニッケル層８０、金層８２、ニッケル層８４、および次いで銅をメッキするためのマスクとして使用することによって実行することができる。

その後、図９（Ｂ）に示すように、層間コンタクトピラー８が上述の配線層６の上に作製される。層間コンタクトピラー８の作製もまた、選択的に作製されたレジスト層をマスクとして使用して銅メッキを行なうことにより、実行することができる。

次に、図９（Ｃ）に示すように、上述の配線層６および６ａならびに層間コンタクトピラー８等が作製された側に、層間絶縁層４が作製される。低融点金属を含むことのできるボンド金属層１０が、層間絶縁層４の表面に露出した層間コンタクトピラー８の表面上に、メッキまたは他の堆積工程により形成される。

次に、図９（Ｄ）に示すように、エッチングバリア層８４、例えばニッケル層８４を維持するように選択的にエッチングすることによって、キャリア層２０が除去される。このエッチング工程中に、ニッケル層８４はわずかにエッチングされて、金層８２を露出させてもよい。ニッケル層８４は金層８２を保護する役割を果たす。

この方法を前提として、金層８２は、電気メッキにより各々の配線層６および６ａ上に容易に作製することができる。これは、電気メッキ中に、キャリア層２０が各々の配線層６および６ａのための導電路として働くためである。

図９に示す工程により、図１（Ｃ）に示すように個々の配線板層の作製後にそのような金層をメッキするために面倒な操作を必要とすることなく、電気メッキを実行して配線層６、６ａ上に金層を形成することができる。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、配線板を製造するための方法のさらに別の実施例における製造工程を示す断面図である。本例は、層間コンタクトピラーを作製するためのマスクとして役立つ樹脂マスクパターンを作製するための方法を使用し、レーザビームを用いて選択的照射が行なわれる方法を使用する。

図１０（Ａ）に示すように、レーザビームを用いてパターン形成された樹脂膜９０が、その上に配線層６および６ａが作製される銅から作られたキャリア層２０上に位置合せされる。９２はレーザビームによって形成された穴であり、層間コンタクトピラーは穴９２内に形成される。

次に、図１０（Ｂ）に示すように、上述のキャリア層２０上に樹脂膜が配置される。

次に、上述の樹脂膜をマスクとして使用して、メッキにより、上述の配線層６上に、層間コンタクトピラー８が作製され、その後、接続性を向上するための低融点金属層１０がメッキにより作製される。図１０（Ｃ）は、接続性を向上するための低融点層１０の作製後の状態を示す。

この後で、樹脂膜９０を除去することができ、層間絶縁層を作製することができ、あるいは樹脂膜９０自体を層間絶縁層として使用することができる。図１０（Ｄ）に示すように、液状樹脂９４が被覆され、適切に乾燥された後、この樹脂９４は、図１０（Ｂ）に示すような形態を取るように、レーザビームによってパターン形成され、その後、相互接続要素が図１０（Ｃ）に示す工程によって処理される加工されることに注目されたい。この工程も同様に使用することができる。

図１１（Ａ）〜図１１（Ｆ）は、配線板を製造するための方法の別の実施例における製造工程を示す断面図である。本例では、銅箔を塗布した樹脂膜がキャリアとして使用される。

図１１（Ａ）に示すように、銅箔積層樹脂膜８０は樹脂を含む膜部８２を含み、そこに銅層８６が接着剤８４によってその表面に接着される。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、配線層６および６ａは、銅層８６を選択的にエッチングすることを通してパターン形成することにより作製される。

次に、図１１（Ｃ）に示すように、層間コンタクトピラー（８）を作製するためのマスクとして働くレジスト層８８が堆積され、パターン形成される。

次に、図１１（Ｄ）に示すように、上述のレジスト層８８をマスクとして使用して、層間コンタクトピラー８が銅のメッキにより作製される。

次に、上述のレジスト層８８は除去され、層間絶縁層８９が作製され、次いで層間コンタクトピラー８が銅メッキのようなメッキによって作製され、その後、低融点金属を含むことのできるボンド金属層１０がメッキにより作製される。図１１（Ｅ）は、ボンド金属層１０の形成後のこの状態を示す。

この後、図１１（Ｆ）に示すように、上述の樹脂膜８２は、図１１（Ｆ）に示すようなピーリングまたは他の技術などにより、剥離される。そうすることにより、配線要素または配線板層は完成する。

上述の特徴のこれらおよび他の変形例ならびに組合せを利用することができるので、好ましい実施形態の上記説明は、発明の限定ではなく、むしろ例証と受け止めるべきである。

本発明は中でも特に、配線層の複数の金属トレースが誘電体要素、例えば熱可塑性プラスチックのような樹脂から作られる例えば層間絶縁層の表面の１つに露出する、相互接続要素、例えば配線板等に使用することができる。例えば銅のような金属から作られるポストまたは層間コンタクトピラーは、そのような誘電体要素を貫通して延びる。そのようなポストまたはピラーは、多層配線基板のそれぞれの層の配線層の少なくとも一部分に対応する層間接続をもたらすことができる。加えて、本発明は、相互接続要素の製造方法および多層配線基板の製造方法に用途を見出す。

（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係る実施形態の１つの実施例を示す断面図であり、（Ａ）は複数の配線板層またはレベル（本例では８枚の配線板）の接合前の状態を示す断面図であり、（Ｂ）は複数の配線板層を接合した後に生成された多層配線基板を示す断面図であり、（Ｃ）は多層配線基板のうちの１つの配線板層の単一の相互接続要素の断面図である。 （Ａ）〜（Ｌ）は、図１（Ｃ）に示した相互接続要素または配線板層を製造する方法の製造工程の１つの実施例を示す断面図であり、（Ｌ）は、該製造方法の代替的実施例を説明するための断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示した相互接続要素または配線板層を製造する方法の代替的実施例の製造工程を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示した相互接続要素または配線板層を製造する方法の別の代替的実施例の製造工程を示す断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、スタッドバンプまたは半田バンプがポストまたは層間コンタクトピラーとして設けられる、図１（Ｃ）に示す実施形態の変形例を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｈ）は、本発明に係る相互接続要素または配線板層を製造するさらに別の方法の製造工程を示す断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、銅から作られたキャリア層をエッチングにより除去する前にボンド金属層を保護する方法を説明するための断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、相互接続要素がランドレス構造を有する、さらに別の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、相互接続要素が配線層６、６ａに設けられたトレースの外面上に形成されたボンド金属を含む、さらに別の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る相互接続要素または配線板層を製造する方法のさらに別の実施形態を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本発明に係る相互接続要素または配線板層を製造する方法のさらに別の実施形態を示す断面図である。

Claims (22)

1. 第１主表面と、該第１主表面から離隔した第２主表面と、該第１主表面から内部へと延びる複数の凹部とを有する誘電体要素と、
   前記複数の凹部に埋め込まれた複数の金属トレースであって、前記第１主表面と実質的に面一の外面と、該外面から離隔した内面とを有する複数の金属トレースと、
   前記複数の金属トレースの前記内面から前記誘電体要素を貫通して延びる複数のポストであって、前記第２主表面に露出する頂部を有する前記複数のポストと
   を含んでなる相互接続要素。
2. 前記複数の金属トレースの前記外面と接触するボンディング金属層をさらに含む請求項１に記載の相互接続要素。
3. 前記複数のポストの各々が、各々の相互接続ピラーがそこから延びる前記複数の金属トレースの１つの前記外面の表面積より大きい外面表面積を有する請求項１に記載の相互接続要素。
4. 前記誘電体要素が熱可塑性プラスチックを含む請求項１に記載の相互接続要素。
5. 前記複数の金属トレースが銅を含み、前記複数のポストが銅を含む請求項１に記載の相互接続要素。
6. 前記複数のポストが前記第２主表面から突出している請求項１に記載の相互接続要素。
7. 各々の前記ポストが、前記複数の金属トレースから延びる第１金属を含む基部構造を含み、前記各々の前記ポストが、前記第１金属の前記頂部の上に重なるボンド金属をさらに含む請求項６に記載の相互接続要素。
8. 前記第１金属が第１融点を有し、前記ボンド金属が前記第１融点より低い第２融点を有する請求項７に記載の相互接続要素。
9. 複数の相互接続要素を含む多層相互接続要素であって、各相互接続要素は請求項１に記載されたものであり、前記複数の相互接続要素のうちの第１の要素の前記複数のポストが、前記複数の相互接続要素のうちの第２の要素の前記複数の金属トレースの前記外面に接合される多層相互接続要素。
10. 前記複数の相互接続要素のうちの前記第１の要素の前記複数のポストと、前記複数の相互接続要素のうちの前記第２の要素の前記複数の金属トレースとの間に配置されたボンド金属をさらに含む請求項９に記載の多層相互接続要素。
11. 前記複数の金属トレースが第１金属を含み、前記複数のポストが第２金属を含み、前記相互接続要素が、前記複数のポストおよび前記複数の金属トレースの各々の間に配置された第３金属をさらに含み、前記第３金属が、前記第２金属を侵すエッチング液によって侵されない組成を有する請求項１に記載の相互接続要素。
12. 前記第１金属および前記第２金属が同一金属である請求項１１に記載の相互接続要素。
13. 相互接続要素の製造方法であって、前記相互接続要素は請求項２に記載されたものであり、
    前記複数の金属トレースを含む前記金属層が、キャリア層上に重なるマスク層を介して前記キャリア層上にボンド金属層を選択的に堆積し、前記マスク層を介して前記ボンド金属層上に第２金属層をメッキし、その後に前記マスク層を除去し、前記複数の金属トレースを含む前記金属層上に第２マスク層を作製することによって作製されるステップと、
    前記複数のポストが、前記第２マスク層内の開口中に金属をメッキすることによって形成されるステップと、
    前記誘電体要素が、層間絶縁層を作製し、前記層間コンタクトピラーの露出面上に接続性を向上するための低融点金属層を作製することによって設けられるステップと
    を含む、相互接続要素の製造方法。
14. 複数の金属トレースを含む金属層をキャリア層の上に重ねて作製するステップと、
    前記金属層および前記キャリア層の上に重ねて誘電体要素を設けるステップであって、前記複数の金属トレースの外面および前記誘電体要素の第１主表面が前記キャリア層に隣接し、前記複数の金属トレースの内面が前記外面から離隔する前記誘電体要素の凹部内に配置されるように構成され、前記誘電体要素が前記第１主表面から離隔する第２主表面を有するステップと、
    前記複数の金属トレースの前記内面から少なくとも前記誘電体要素の前記第２主表面まで延びる複数の金属ポストを設けるステップと、
    前記キャリア層を除去して、前記誘電体要素の前記第１主表面および前記複数の金属トレースの前記外面を露出させるステップと
    を含む、相互接続要素の製造方法。
15. 前記複数の金属トレースの前記外面が、前記誘電体要素の前記第１主表面と実質的に面一である請求項１４に記載の相互接続要素の製造方法。
16. 前記キャリア層が金属を含み、前記複数の金属トレースが、フォトレジストの層に開口をパターン形成し、前記開口内に前記複数の金属トレースをメッキすることによって形成される請求項１４に記載の相互接続要素の製造方法。
17. 前記複数の金属トレースを前記開口内にメッキする前に、前記キャリア層を除去する前記ステップ中に前記複数の金属トレースが侵されることを、前記キャリア層を除去する前記ステップ中に前記エッチング抵抗層が防止するように、前記キャリア層上にエッチング抵抗層を設けるステップをさらに含む請求項１６に記載の相互接続要素の製造方法。
18. 前記複数の金属ポストを設けるステップが、前記複数の金属トレースの前記内面の上に重なる金属の層をエッチングすることを含み、前記誘電体要素を設ける前記ステップが、前記複数の金属ポストが前記複数の金属トレースに前記内面から延びるように設けられた後に、前記誘電体要素を形成することを含む請求項１４に記載の相互接続要素の製造方法。
19. 請求項１４に記載された相互接続要素の製造方法を含む、多層相互接続要素の製造方法であって、
    前記複数の相互接続要素のうちの第１の要素の前記複数のポストを前記複数の相互接続要素のうちの第２の要素の前記複数の金属トレースの前記外面に同時に接合するステップと、前記相互接続要素のうちの第１の要素の誘電体要素の前記第１主表面を、前記相互接続要素のうちの第２の要素の誘電体要素の第２主表面に接合するステップとをさらに含む多層相互接続要素の製造方法。
20. 前記同時に接合するステップが、前記複数の相互接続要素のうちの前記第２の要素の前記複数のポストを前記複数の相互接続要素のうちの第３の要素の前記複数の金属トレースの前記外面に接合する請求項１９に記載の多層相互接続要素の製造方法。
21. 前記同時に接合するステップが、前記複数の相互接続要素のうちの前記第１の要素の前記複数のポストと前記複数の相互接続要素のうちの前記第２の要素の前記複数の金属トレースとの間に配置されたボンド金属の融着と、前記複数の相互接続要素のうちの前記第２の要素の前記複数のポストと前記複数の相互接続要素のうちの前記第３の要素の前記複数の金属トレースとの間に配置されたボンド金属の融着とを同時に行なうことを含む請求項２０に記載の多層相互接続要素の製造方法。
22. 金属から作られた複数の配線層が、埋め込まれた状態の層間絶縁層の１つの主要表面上に、前記配線層の主要表面が前記層間絶縁層の前記１つの主要表面と面一になるように作製され、層間コンタクトピラーが、前記層間絶縁層を貫通して、前記層間絶縁層のもう１つの主表面へと到達しそこに露出されるように、前記複数の配線層のもう１つの主表面上の配線層の少なくとも一部分の上に金属から作製され、接続性を向上するための低融点金属層が前記層間コンタクトピラーの露出表面上に作製されるステップと、
    １つの配線板の配線層が別の配線板の層間コンタクトピラーと接触し、あるいは１つの配線板の層間コンタクトピラーが別の配線板の層間コンタクトピラーと接触するように、前記作製された複数の配線板が前記層間コンタクトピラーを介して位置合せされた状態にあるときに、隣接する配線板の層間絶縁層同士が融着して一体化されると共に、接続するときに接続性を向上するための低融点金属層を介して熱および圧力を加えることにより、前記接続性を向上するための前記低融点金属層を介して、１つの配線板の配線層が別の配線板の層間コンタクトピラーと接続し、あるいは１つの配線板の層間コンタクトピラーが別の配線板の層間コンタクトピラーに接続されるように、前記複数の作製された配線板が積み重ねて接合されるステップと
    を含む、複数の配線板を含む多層配線基板の製造方法。

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