JP2015015285A - 配線基板及び配線基板の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】配線層の微細化に容易に対応することができる配線基板を提供する。【解決手段】配線基板1は、第1導電層11と、第1導電層11とは異なる導電材料からなり、第1導電層11の第1面11A及び側面を被覆する第2導電層12と、を有する配線層10と、第2導電層12の第1面12A及び側面を被覆し、第1導電層11の第2面11Bを露出する最外層の絶縁層20とを有する。また、配線基板1は、絶縁層20の第1面20A上に積層され、配線層10と電気的に接続される配線層30を有する。第1導電層11の第1面11A及び側面は平滑面であり、第2導電層12の第1面12A及び側面は粗化面である。【選択図】図1

Description

本発明は、配線基板及び配線基板の製造方法に関するものである。
従来、搭載される半導体チップの高密度化が進み、配線基板の薄型化や、配線パターンの高密度化が要求されている。このような要求に応えるために、高い剛性を有し層間絶縁膜よりも厚いコア基板(支持部材)を除去した配線基板、いわゆるコアレス基板が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようなコアレス基板は、例えば以下のような製造方法により製造することができる。
まず、図9(a)に示すように、支持基板としての仮基板100を用意し、この仮基板100上にパッドP10を形成するための開口部101Xを有するレジスト層101を形成する。次に、開口部101X内の仮基板100上に、めっき層102(例えば、金層/ニッケル層)と配線層103とを含むパッドP10を形成する。続いて、図9(b)に示す工程では、レジスト層101を除去し、配線層103の表面に対して粗化処理を施す。これにより、配線層103の表面が粗面化される。次いで、図9(c)に示す工程では、仮基板100上にパッドP10を覆うように絶縁層104を積層し、絶縁層104に配線層103の上面103Aに到達するビアホールVH10を形成する。次に、図9(d)に示す工程では、ビアホールVH10を充填するビア配線105を形成するとともに、ビア配線105を介してパッドP10(配線層103)と接続される配線パターン106を絶縁層104上に積層する。その後、図9(e)に示すように、絶縁層104上に、所要の層数のビルドアップ配線層と絶縁層(ここでは、絶縁層107と、配線層108と、絶縁層109と、配線層110と)を交互に積層し、最終的に図9(d)に示した仮基板100を除去する。
特開2012−235166号公報
ところで、上記製造方法では、仮基板100上に形成された配線層103の表面に対して粗化処理を施した後に、その配線層103を被覆するように絶縁層104を仮基板100上に積層する。これにより、絶縁層104と配線層103との密着性を高めることができる。しかし、上記粗化処理により、配線層103の幅は粗化処理前よりも細くなる。このため、所望の配線幅を得るためには、粗化処理によって細くなる分を考慮して粗化処理前の配線層103の幅を広く形成する必要がある。すると、図9(a)に示したレジスト層101の幅を狭く形成する必要があるため、配線層103の微細化が進むと、レジスト層101が倒れるなどの問題が発生し易くなる。このため、配線層103の微細化に対応することが困難になる。
本発明の一観点によれば、第1導電層と、前記第1導電層とは異なる導電材料からなり、前記第1導電層の第1面及び側面を被覆する第2導電層と、を有する第1配線層と、前記第2導電層の第1面及び側面を被覆し、前記第1導電層の前記第1面とは反対側の第2面を露出する最外層の第1絶縁層と、前記第1絶縁層の第1面上に積層され、前記第1配線層と電気的に接続される第2配線層と、を有し、前記第1導電層の第1面及び側面は平滑面であり、前記第2導電層の第1面及び側面は粗化面である。
本発明の一観点によれば、配線層の微細化に容易に対応することができるという効果を奏する。
一実施形態の配線基板を示す概略断面図。 一実施形態の半導体装置を示す概略断面図。 (a)〜(e)は、一実施形態の配線基板の製造方法を示す概略断面図。 (a),(c),(d)は、一実施形態の配線基板の製造方法を示す概略断面図、(b)は、(a)に示した構造体の一部を拡大した拡大断面図である。 (a),(c),(d)は、一実施形態の配線基板の製造方法を示す概略断面図、(b)は、(a)に示した構造体の一部を変形した拡大断面図である。 (a),(b)は、一実施形態の配線基板の製造方法を示す概略断面図。 (a),(b)は、一実施形態の配線基板の製造方法を示す概略断面図。 (a)は、一実施形態の配線基板の製造方法を示す概略断面図、(b)は、一実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 (a)〜(e)は、従来の配線基板の製造方法を示す概略断面図。
以下、一実施形態を添付図面を参照して説明する。
なお、添付図面は、特徴を分かりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、各部材の断面構造を分かりやすくするために、一部の部材のハッチングを省略している。
まず、配線基板1の構造について説明する。
図1に示すように、配線基板1は、配線層10と、絶縁層20と、配線層30と、絶縁層40と、配線層50と、絶縁層60と、配線層70とが順に積層された構造を有している。配線基板1は、一般的なビルドアップ法を用いて作製される配線基板(支持基板としてのコア基板の両面又は片面に所要数のビルドアップ層を順次形成して積層したもの)とは異なり、支持基板を含まない、所謂「コアレス基板」の形態を有している。
なお、配線層30,50,70の材料としては、例えば銅(Cu)や銅合金を用いることができる。また、絶縁層20,40,60の材料としては、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの絶縁性樹脂、又はこれら樹脂にシリカやアルミナ等のフィラーを混入した樹脂材を用いることができる。絶縁層20,40,60の材料としては、熱硬化性を有する絶縁性樹脂や感光性を有する絶縁性樹脂を用いることができる。また、絶縁層20,40,60の材料としては、例えばガラス、アラミド、LCP(Liquid Crystal Polymer)繊維の織布や不織布などの補強材に、エポキシ系やポリイミド系の熱硬化性樹脂を含浸させた補強材入りの絶縁性樹脂を用いることもできる。
配線層10は、配線基板1の最外層(ここでは、最下層)に形成されている。配線層10は、第1導電層11と第2導電層12とを有している。第1導電層11の材料としては、例えば銅や銅合金を用いることができる。第2導電層12の材料としては、第1導電層11の導電材料とは異なる導電材料を用いることができる。また、第2導電層12の材料としては、第1導電層11に対して選択的にエッチング除去することのできる導電材料であることが好ましい。また、第2導電層12の材料としては、第1導電層11の導電材料よりも抵抗率の高い導電材料であることが好ましい。このような第2導電層12の材料としては、例えばニッケル(Ni)、クロム(Cr)、錫(Sn)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)などの金属、又はこれら金属から選択される少なくとも一種の金属を含む合金を用いることができる。
第1導電層11は、断面視略矩形状に形成されている。第1導電層11は、第1面11A(ここでは、上面)と、第2面11B(ここでは、下面)と、側面とを有している。この第1導電層11の表面(第1面11A、第2面11B及び側面)は、凹凸が少ない平滑面(低粗度面)である。例えば、第1導電層11の表面の粗度は、表面粗さRa値で0.1μm未満となるように設定されている。ここで、表面粗さRa値とは、表面粗さを表わす数値の一種であり、算術平均粗さと呼ばれるものであって、具体的には測定領域内で変化する高さの絶対値を平均ラインである表面から測定して算術平均したものである。このような第1導電層11の表面は、光沢又は半光沢である。なお、第1導電層11の第2面11Bの粗度は、第1導電層11の第1面11A及び側面の粗度よりも高く設定されていてもよい。すなわち、第1導電層11の第2面11Bの粗度は、表面粗さRa値で0.1μm以上となるように設定されていてもよい。
第1導電層11の第2面11B(ここでは、下面)は、絶縁層20から露出されている。本例の第1導電層11の第2面11Bは、絶縁層20の第2面20B(ここでは、下面)と略面一に形成されている。
第2導電層12は、第1導電層11の第1面11A及び側面を被覆するように形成されている。本例の第2導電層12は、第1導電層11の側面全面を被覆するとともに、第1導電層11の第1面11Aの一部を被覆する。換言すると、本例の第2導電層12は、第1導電層11の第1面11Aの一部を露出させるように形成されている。すなわち、第2導電層12には、第1面12A(ここでは、上面)から該第2導電層12を貫通して第1導電層11の第1面11Aの一部を露出する開口部12Xが形成されている。
第2導電層12の第2面12B(ここでは、下面)は、絶縁層20から露出されている。本例の第2導電層12の第2面12Bは、絶縁層20の第2面20B及び第1導電層11の第2面11Bと略面一に形成されている。
一方、第2導電層12の第1面12A及び側面は粗化面である。例えば、第2導電層12の第1面12A及び側面は、第1導電層11の第1面11A及び側面よりも表面粗度が高くなっている。また、例えば第2導電層12の第1面12A及び側面は、第2導電層12の第2面12Bよりも表面粗度が高くなっている。例えば、第2導電層12の第1面12A及び側面の粗度は、表面粗さRa値で0.2〜0.4μm程度となるように設定されている。
このような配線層10は、配線層10とは反対の最外層(ここでは、最上層)に形成された配線層70よりも微細に形成された配線層である。例えば、配線層10は、ライン/スペース(L/S)=5μm/5μm未満の微細配線である。また、配線層10の厚さは、例えば6〜15μm程度とすることができる。なお、第1導電層11の厚さは、例えば5〜10μm程度とすることができ、第2導電層12の厚さは、例えば0.1〜1μm程度とすることができる。
絶縁層20は、第2導電層12の第1面12A及び側面を被覆するように形成され、第1導電層11の第2面11B及び第2導電層12の第2面12Bを露出するように形成されている。この絶縁層20には、第1面20A(ここでは、上面)から該絶縁層20を貫通して配線層10の第1面(ここでは、上面)の一部を露出するビアホールVH1が形成されている。このビアホールVH1は、第2導電層12の開口部12Xと連通するように形成されている。このため、本例の絶縁層20は、第2導電層12の開口部12Xから露出された第1導電層11の第1面11Aを露出するように形成されている。なお、第2導電層12の第1面12Aから絶縁層20の第1面20Aまでの厚さは、例えば10〜30μm程度とすることができる。
配線層30は、絶縁層20上に積層されている。配線層30は、開口部12X及びビアホールVH1内に充填されたビア配線31と、絶縁層20の第1面20A上に積層され、ビア配線31を介して配線層10と電気的に接続される配線パターン32とを有している。
ビア配線31は、開口部12Xの底部に露出した第1導電層11と接続されている。また、ビア配線31は、開口部12Xにおいて、その開口部12Xの側壁を構成する第2導電層12と接続されている。ビアホールVH1及びそのビアホールVH1に充填されたビア配線31は、図1において下側(配線層10側)から上側(配線パターン32側)に向かうに連れて径が大きくなるテーパ状に形成されている。すなわち、ビアホールVH1及びビア配線31は、断面視略逆台形状に形成されている。また、ビア配線31の平面形状は例えば円形であり、それらの直径は例えば30〜75μm程度とすることができる。例えば、本例のビア配線31は、第1導電層11と接続される下面が配線パターン32と接続される上面よりも小径となる円錐台形状に形成されている。
配線パターン32は、断面視略台形状に形成されている。配線パターン32の第1面32A及び側面は粗化面である。例えば、配線パターン32の第1面32A及び側面は、第1導電層11の第1面11A及び側面よりも表面粗度が高くなっている。例えば、配線パターン32の第1面32A及び側面の粗度は、表面粗さRa値で0.2〜2.0μm程度となるように設定されている。なお、配線パターン32の厚さは、例えば5〜20μm程度とすることができる。
同様に、絶縁層40は、配線パターン32の第1面32A及び側面(粗化面)を被覆するように絶縁層20の第1面20A上に積層されている。配線層50は、絶縁層40上に積層されている。この配線層50は、絶縁層40を厚さ方向に貫通するビア配線51と、絶縁層40上に積層され、ビア配線51を介して配線パターン32と電気的に接続される配線パターン52とを有している。
絶縁層60は、配線パターン52の第1面52A及び側面を被覆するように絶縁層40上に積層されている。配線層70は、絶縁層60上に積層されている。この配線層70は、絶縁層60を厚さ方向に貫通するビア配線71と、絶縁層60上に積層され、ビア配線71を介して配線パターン52と電気的に接続される配線パターン72とを有している。
ここで、ビア配線51,71は、図1において下側(配線層10側)から上側(配線パターン72側)に向かうに連れて径が大きくなるテーパ状に形成されている。また、ビア配線51,71の平面形状は例えば円形であり、それらの直径は例えば30〜75μm程度とすることができる。また、配線パターン52の第1面52A及び側面と、配線パターン72の第1面72A及び側面とは、上記配線パターン32の第1面32A及び側面と同様に粗化面である。配線パターン52,72の厚さは、例えば5〜20μm程度とすることができる。配線パターン32の第1面32Aから絶縁層40の第1面40A(ここでは、上面)までの厚さ、及び配線パターン52の第1面52Aから絶縁層60の第1面60A(ここでは、上面)までの厚さは、例えば10〜30μm程度とすることができる。
最外層(ここでは、最下層)の絶縁層20の第2面20Bには、ソルダレジスト層81が積層されている。ソルダレジスト層81の材料としては、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂などの絶縁性樹脂を用いることができる。このソルダレジスト層81には、最下層の配線層10の少なくとも一部をパッドP1として露出させるための開口部81Xが形成されている。本例のソルダレジスト層81には、配線層10のうち第1導電層11の第2面11Bの一部をパッドP1として露出させるための開口部81Xが形成されている。このパッドP1には、半導体チップ3(図2参照)のバンプ4がフリップチップ接続される。すなわち、パッドP1が形成されている側の面がチップ搭載面になっている。
なお、必要に応じて、開口部81Xから露出する配線層10上にOSP(Organic Solderability Preservative)処理を施してOSP膜を形成し、そのOSP膜に上記半導体チップ3を接続するようにしてもよい。また、開口部81Xから露出する配線層10上に金属層を形成し、その金属層に半導体チップ3を接続するようにしてもよい。金属層の例としては、金(Au)層や、Ni層/Au層(配線層10上にNi層とAu層をこの順番で積層した金属層)や、Ni層/Pd層/Au層(配線層10上にNi層とPd層とAu層をこの順番で積層した金属層)などを挙げることができる。これらNi層、Au層、Pd層としては、例えば無電解めっき法により形成された金属層(無電解めっき金属層)を用いることができる。また、上記Au層はAu又はAu合金からなる金属層、上記Ni層はNi又はNi合金からなる金属層、上記Pd層はPd又はPd合金からなる金属層である。
また、ソルダレジスト層81には、複数の配線層10のうち一部の配線層10における第1導電層11の第2面11B及び第2導電層12の第2面12Bを露出させるための開口部81Yが形成されている。
一方、最外層(ここでは、最上層)の絶縁層60の第1面60A(ここでは、上面)には、ソルダレジスト層82が積層されている。ソルダレジスト層82の材料としては、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂などの絶縁性樹脂を用いることができる。このソルダレジスト層82には、最上層の配線パターン72の第1面72Aの一部を外部接続用パッドP2として露出させるための開口部82Xが形成されている。この外部接続用パッドP2には、当該配線基板1をマザーボード等の実装基板に実装する際に使用されるはんだボールやリードピン等の外部接続端子6(図2参照)が接続される。なお、必要に応じて、上記開口部82Xから露出する配線パターン72上にOSP処理を施してOSP膜を形成し、そのOSP膜に外部接続端子6を接続するようにしてもよい。また、開口部82Xから露出する配線パターン72上に金属層を形成し、その金属層に外部接続端子6を接続するようにしてもよい。金属層の例としては、Au層や、Ni層/Au層(配線パターン72の第1面72AにNi層とAu層をこの順番で積層した金属層)、Ni層/Pd層/Au層(配線パターン72の第1面72AにNi層とPd層とAu層をこの順番で積層した金属層)などを挙げることができる。なお、開口部82Xから露出する配線パターン72(あるいは、配線パターン72上にOSP膜や金属層が形成されている場合には、それらOSP膜又は金属層)自体を、外部接続端子としてもよい。
次に、図2に従って半導体装置2の構造について説明する。なお、図2において、配線基板1は図1とは上下を反転して描かれている。
図2に示すように、半導体装置2は、上記配線基板1と、半導体チップ3と、アンダーフィル樹脂5とを有している。
半導体チップ3は、配線基板1にフリップチップ実装されている。すなわち、半導体チップ3の回路形成面(図2では、下面)に配設されたバンプ4を配線基板1のパッドP1に接合することにより、半導体チップ3は、バンプ4を介して、配線基板1の配線層10と電気的に接続されている。
半導体チップ3としては、例えばCPU(Central Processing Unit)チップやGPU(Graphics Processing Unit)チップなどのロジックチップを用いることができる。また、半導体チップ3としては、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)チップ、SRAM(Static Random Access Memory)チップやフラッシュメモリチップなどのメモリチップを用いることもできる。この半導体チップ3の大きさは、例えば平面視で3mm×3mm〜12mm×12mm程度とすることができる。また、半導体チップ3の厚さは、例えば50〜100μm程度とすることができる。
また、上記バンプ4としては、例えば金バンプやはんだバンプを用いることができる。はんだバンプの材料としては、例えば鉛(Pb)を含む合金、SnとAuの合金、SnとCuの合金、Snと銀(Ag)の合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。
アンダーフィル樹脂5は、配線基板1と半導体チップ3との隙間を充填するように設けられている。このアンダーフィル樹脂5によって、ソルダレジスト層81の開口部81Yから露出した配線層10が被覆されている。アンダーフィル樹脂5の材料としては、例えばエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂を用いることができる。
次に、配線基板1及び半導体装置2の作用について説明する。
配線基板1は、第1導電層11と、その第1導電層11の第1面11A及び側面を被覆するとともに、粗化面である第1面12A及び側面を有する第2導電層12とを含む最外層の配線層10と、第2導電層12の第1面12A及び側面を被覆する最外層の絶縁層20とを有している。すなわち、第1導電層11と絶縁層20との間に、粗化面である第1面12A及び側面を有する第2導電層12を介在させるようにした。この構造によれば、絶縁層20と接する第2導電層12の第1面12A及び側面が粗化面となるため、第1導電層11の第1面11A及び側面が平滑面であっても、第2導電層12(配線層10)と絶縁層20との接触面積を増大させることができる。したがって、第2導電層12(配線層10)と絶縁層20との密着性を向上させることができる。換言すると、第1導電層11の第1面11A及び側面が平滑面であっても、粗化面である第1面12A及び側面を有する第2導電層12によって絶縁層20との密着力を十分に確保することができる。このため、第1導電層11の第1面11A及び側面に対して粗化処理を施す必要がない。したがって、第1導電層11の幅が細くなったり、第1導電層11の厚さが薄くなったりすることを好適に抑制することができる。
次に、配線基板1の製造方法について説明する。
まず、図3(a)に示すように、配線基板1を製造するためには、支持基板90を用意する。この支持基板90としては、例えば金属板や金属箔を用いることができ、本実施形態では、例えば銅箔を用いる。この支持基板90の厚さは、例えば35〜100μmである。
次に、図3(b)に示す工程では、支持基板90の第1面90A(ここでは、上面)に、第1面91Aが粗化面である金属膜91を形成する。金属膜91の材料としては、後工程で形成される第1導電層11(図1参照)及び上記支持基板90の導電材料とは異なる導電材料を用いることができる。また、金属膜91の材料としては、第1導電層11に対して選択的にエッチング除去することのできる導電材料であることが好ましい。このような金属膜91の材料としては、例えばNi、Cr、Sn、Co、Fe、Pdなどの金属、又はこれら金属から選択される少なくとも一種の金属を含む合金を用いることができる。この金属膜91の材料としては、後工程で形成される第2導電層12(図1参照)と同じ導電材料であることが好ましく、本実施形態では、例えばNiを用いる。金属膜91の厚さは、例えば0.1〜1.0μm程度とすることができる。また、金属膜91の第1面91A(ここでは、上面)の表面粗度は、表面粗さRa値で例えば0.2〜0.4μmの範囲であることが好ましい。以下に、金属膜91の形成方法の一例について説明する。
例えば、支持基板90の第1面90Aに、その支持基板90をめっき給電層に利用する電解めっき法を施し、支持基板90の第1面90A上に金属膜91(粗面めっき層)を形成する。但し、金属膜91の第1面91Aの粗度を上述した値に設定するためには、電解めっき法において使用するめっき液の組成や電流密度を適切に調整する必要がある。以下に、Niから構成される金属膜91を形成する際のめっき条件の一例を説明する。具体的には、めっき液として塩化ニッケルめっき浴を使用する場合のめっき浴の組成及びめっき条件は、次の通りである。
塩化ニッケルめっき浴:
塩化ニッケル 75g/L
チオシアン酸ナトリウム 15g/L
塩化アンモニウム 30g/L
ホウ酸 30g/L
pH: 約4.5〜5.5
浴温: 常温(約25℃)
処理時間: 約1〜30分間
陰極電流密度: 約1〜3A/dm
このように、予め使用するめっき液の組成や電流密度等を適切に調整することにより、金属膜91の第1面91Aが粗面化され、その第1面91Aの粗度を所望の表面粗度に設定させることができる。なお、上述しためっき液の組成やめっき条件は一例であり、金属膜91の第1面91Aが所望の粗度になるように調整されるのであれば、その組成や条件は特に限定されない。
次に、図3(c)に示す工程では、金属膜91の第1面91Aに、開口部92Xを有するレジスト層92を形成する。開口部92Xは、上記配線層10の第1導電層11(図1参照)の形成領域に対応する部分の金属膜91の第1面91Aを露出するように形成される。このとき、金属膜91の第1面91Aが粗化面であるため、金属膜91とレジスト層92との間で良好な密着性を得ることができる。
レジスト層92の材料としては、次工程のめっき処理に対して耐めっき性がある材料を用いることができる。レジスト層92の材料としては、感光性のドライフィルムレジスト又は液状のフォトレジスト(例えばノボラック系樹脂やアクリル系樹脂等のドライフィルムレジストや液状レジスト)等を用いることができる。例えば感光性のドライフィルムレジストを用いる場合には、金属膜91の第1面91Aにドライフィルムを熱圧着によりラミネートし、そのドライフィルムをフォトリソグラフィ法によりパターニングして上記開口部92Xを有するレジスト層92を形成する。なお、液状のフォトレジストを用いる場合にも、同様の工程を経て、レジスト層92を形成することができる。
続いて、図3(d)に示す工程では、レジスト層92の開口部92Xから露出された金属膜91上に第1導電層11を形成する。例えば、レジスト層92をめっきマスクとして、金属膜91の第1面91Aに、その金属膜91をめっき給電層に利用する電解めっき法を施す。具体的には、レジスト層92の開口部92Xから露出された金属膜91の第1面91Aに電解めっき(ここでは、電解銅めっき)を施すことにより、金属膜91上に第1導電層11を形成する。このとき、第1導電層11の第1面11A及び側面は凹凸の少ない平滑面に形成される。ここで、第1導電層11の第1面11Aの粗度としては、表面粗さRa値で0.1μm未満であることが好ましい。換言すると、上述したような粗度(平滑面)となるように、電解めっき法で使用されるめっき液の組成、電流密度や第1導電層11の厚さ等が予め調整されている。上記電解銅めっきでは、めっき液として、例えば硫酸銅、硫酸及び塩素の無機成分に、添加剤として、例えばレベラー、ポリマー及びブライトナーといった有機成分を添加したものを用いることができる。
次いで、図3(e)に示す工程では、図3(d)に示したレジスト層92を例えばアルカリ性の剥離液により除去する。
次に、図4(a)に示す工程では、金属膜91の第1面91Aと第1導電層11の第1面11A及び側面とを被覆し、表面93Aが粗化面である金属膜93を金属膜91の第1面91A上に形成する。図4(b)に示すように、本例の金属膜93は、第1導電層11の第1面11A及び側面を被覆する第2導電層12と、第2導電層12から平面方向に延出し、隣接する第1導電層11間に形成された金属膜91の第1面91Aを被覆する延出部13とを含んでいる。そして、金属膜93は、後工程において延出部13が除去されて第2導電層12となる。このため、金属膜93の材料としては、第2導電層12と同様に、例えばNi、Cr、Sn、Co、Fe、Pdなどの金属、又はこれら金属から選択される少なくとも一種の金属を含む合金を用いることができる。本実施形態では、金属膜93の材料として、上記金属膜91と同様にNiを用いる。金属膜93の厚さは、例えば0.1〜1.0μm程度とすることができる。また、金属膜93の表面93A(ここでは、上面及び側面)の表面粗度は、表面粗さRa値で0.2〜0.4μmの範囲であることが好ましい。このような金属膜93は、例えば上記金属膜91と同様の方法により形成することができる。
図4(b)に示すように、本工程により、第1導電層11の第1面11A全面が第2導電層12によって被覆されるとともに、第1導電層11の側面全面が第2導電層12によって被覆される。このとき、第1導電層11に対してエッチング等による粗化処理が施されていないため、第1導電層11の第1面11A及び側面は平滑な状態(低粗度)に維持される。例えば、金属膜93の形成後に第1導電層11の第1面11A及び側面の粗度は、表面粗さRa値で0.1μm未満と低い値に維持される。このように、本工程では、第1導電層11の第1面11A及び側面を平滑面に維持しつつ、支持基板90の第1面90A側の構造体の表面(ここでは、表面93A)を粗化面に形成する。
続いて、図4(c)に示す工程では、金属膜93の表面93A上に、その表面93A全面を被覆する絶縁層20を形成する。このとき、金属膜93の表面93Aが粗化面であるため、金属膜93と絶縁層20との間で良好な密着性を得ることができる。なお、絶縁層20は、例えば金属膜93に樹脂フィルムをラミネートした後に、樹脂フィルムを押圧しながら130〜150℃程度の温度で熱処理して硬化させることにより形成することができる。
次いで、図4(d)に示す工程では、第1導電層11の第1面11A上に形成された金属膜93の表面93Aの一部(ここでは、第2導電層12の第1面12Aの一部)が露出されるように、絶縁層20の所定箇所にビアホールVH1を形成する。このビアホールVH1は、例えば炭酸ガスレーザやUV−YAGレーザ等によるレーザ加工法によって形成することができる。なお、絶縁層20が感光性樹脂を用いて形成されている場合には、例えばフォトリソグラフィ法により所要のビアホールVH1を形成するようにしてもよい。
続いて、ビアホールVH1をレーザ加工法によって形成した場合には、デスミア処理を行って、ビアホールVH1の底部に露出する第2導電層12の第1面12Aに付着した絶縁層20の樹脂残渣(樹脂スミア)を除去する。本製造方法によれば、レーザ加工法によりビアホールVH1を形成する際に、そのビアホールVH1の底部となる第2導電層12がレーザ光の吸収率の高いNi層であるため、ビアホールVH1の底部がCu層である場合に比べて、樹脂スミアの発生量を少なくすることができる。これにより、上記デスミア処理により樹脂スミアを好適に除去することができる。
次いで、図5(a)に示す工程では、第1導電層11の第1面11Aの一部が露出されるように、ビアホールVH1に露出された第2導電層12を貫通する開口部12Xを形成する。この開口部12Xは、ビアホールVH1と連通するように形成される。本工程では、ビアホールVH1の底部に露出した第2導電層12(Ni層)を、第1導電層11(Cu層)及び絶縁層20(樹脂層)に対して選択的にエッチングして除去する。このとき、第1導電層11及び絶縁層20が、第2導電層12(Ni)をエッチングする際のエッチングストッパ層として機能する。この場合のエッチング液としては、例えば硝酸と過酸化水素水の混合液である硝酸過水液(HNO/H)を用いることができる。
本工程では、図5(a)に示すように、開口部12Xは、下側(第1導電層11側)から上側に向かうに連れて径が大きくなるテーパ状に形成される。すなわち、開口部12Xは、断面視略逆台形状に形成される。なお、図5(b)に示すように、開口部12Xを、断面視略矩形状(ストレート形状)に形成するようにしてもよい。
本工程により、ビアホールVH1の底部に露出した第2導電層12が選択的に除去されるため、仮に第2導電層12の第1面12A上に樹脂スミアが残存している場合であっても、第2導電層12と共に上記樹脂スミアを除去することができる。これにより、開口部12Xの底部に、樹脂スミアの残渣のない第1導電層11の第1面11Aを露出させることができる。
次に、図5(c)に示す工程では、ビアホールVH1及び開口部12Xにビア導体を充填してビア配線31を形成するとともに、そのビア配線31を介して第1導電層11(及び第2導電層12)と接続される配線パターン32を絶縁層20の第1面20A上に形成する。これらビア配線31及び配線パターン32、つまり配線層30は、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法などの各種の配線形成方法を用いて形成することができる。
続いて、図5(d)に示す工程では、絶縁層20から露出された配線層30の表面(ここでは、配線パターン32の第1面32A及び側面)に対して粗化処理を施す。この粗化処理は、配線パターン32の第1面32A及び側面の粗度が、表面粗さRa値で例えば0.5〜2.0μmとなるように行われる。この粗化処理により、配線パターン32の第1面32A及び側面に微細な凹凸が形成され、それら第1面32A及び側面が粗面化される。なお、粗化処理は、例えば黒化処理、エッチング処理、めっき、ブラスト等によって行うことができる。
その後、図6(a)に示す工程では、図4(c)、図4(d)、図5(c)及び図5(d)に示した工程と同様の工程を繰り返すことにより、絶縁層20の第1面20A上に、
絶縁層40と、配線層50と、絶縁層60と、配線層70とを交互に積層する。
次に、図6(b)に示す工程では、配線層70の配線パターン72の所要の箇所に画定される外部接続用パッドP2を露出させるための開口部82Xを有するソルダレジスト層82を絶縁層60の第1面60A上に積層する。このソルダレジスト層82は、例えば感光性のソルダレジストフィルムをラミネートし、又は液状のソルダレジストを塗布し、当該レジストを所要の形状にパターニングすることにより形成することができる。これにより、ソルダレジスト層82の開口部82Xから配線パターン72の一部が外部接続用パッドP2として露出される。なお、必要に応じて、外部接続用パッドP2上に、例えばNi層とAu層をこの順番で積層した金属層を形成するようにしてもよい。この金属層は、例えば無電解めっき法により形成することができる。
続いて、図7(a)に示す工程では、仮基板として用いた支持基板90(図6(b)参照)を除去する。例えば支持基板90として銅箔を用いる場合には、塩化第二鉄水溶液、塩化第二銅水溶液、過硫酸アンモニウム水溶液等を用いたウェットエッチングにより、金属膜91(Ni層)に対して選択的にエッチングして除去する。このとき、金属膜91(Ni)が、支持基板90(Cu)をエッチングする際のエッチングストッパ層として機能する。但し、配線パターン72の最表層が銅層である場合には、その配線パターン72が支持基板90と一緒にエッチングされることを防止するため、配線パターン72をマスクして上記ウェットエッチングを行う必要がある。
次いで、金属膜91を除去するとともに、金属膜93の一部、具体的には延出部13を除去する。本工程では、金属膜91及び延出部13を、第1導電層11、配線層70、絶縁層20及びソルダレジスト層82に対して選択的にエッチングして除去する。このとき、第1導電層11(Cu層)及び絶縁層20(樹脂層)が、金属膜91(Ni層)及び延出部13(Ni層)をエッチングする際のエッチングストッパ層として機能する。この場合のエッチング液としては、例えば硝酸過水液を用いることができる。
その後、第1導電層11の第2面11B及び絶縁層20の第2面20Bに対して平坦化処理等の表面処理を施すことにより、図7(b)に示した構造体を得ることができる。すなわち、隣接した第2導電層12が分離され、第1導電層11の第2面11Bと第2導電層12の第2面12Bと絶縁層20の第2面20Bとが略面一に形成された構造体を得ることができる。
次に、図8(a)に示す工程では、一部の配線層10の所要の箇所に画定されるパッドP1を露出させるための開口部81Xと、一部の配線層10及び絶縁層20の第2面20Bの一部を露出させるための開口部81Yとを有するソルダレジスト層81を絶縁層20の第2面20B上に積層する。このソルダレジスト層81は、例えば感光性のソルダレジストフィルムをラミネートし、又は液状のソルダレジストを塗布し、当該レジストを所要の形状にパターニングすることにより形成することができる。これにより、ソルダレジスト層81の開口部81Xから配線層10の一部がパッドP1として露出される。なお、必要に応じて、パッドP1上に、例えばNi層とAu層をこの順番で積層した金属層を形成するようにしてもよい。この金属層は、例えば無電解めっき法により形成することができる。
以上の製造工程により、本実施形態の配線基板1を製造することができる。
次に、図8(b)に従って半導体装置2の製造方法について説明する。なお、図8(b)において、同図に示す配線基板1は図8(a)とは上下反転して描かれている。
図8(b)に示す工程では、外部接続用パッドP2上に外部接続端子6を形成する。例えば外部接続用パッドP2上に、適宜フラックスを塗布した後、外部接続端子6(ここでは、はんだボール)を搭載し、240〜260℃程度の温度でリフローして固定する。その後、表面を洗浄してフラックスを除去する。
また、図8(b)に示す工程では、配線基板1に半導体チップ3を実装する。具体的には、配線基板1のパッドP1上に、半導体チップ3のバンプ4をフリップチップ接合する。続いて、フリップチップ接合された半導体チップ3と配線基板1との間に、アンダーフィル樹脂5(図2参照)を充填し、そのアンダーフィル樹脂5を硬化する。
以上の製造工程により、図2に示した半導体装置2を製造することができる。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)第1導電層11と、その第1導電層11の第1面11A及び側面を被覆するとともに、粗化面である第1面12A及び側面を有する第2導電層12とを含む最外層の配線層10と、第2導電層12の第1面12A及び側面を被覆する最外層の絶縁層20とを形成するようにした。これにより、第1導電層11の第1面11A及び側面が平滑面であっても、粗化面である第1面12A及び側面を有する第2導電層12によって絶縁層20との密着力を十分に確保することができる。このため、第1導電層11の第1面11A及び側面に対して粗化処理を施す必要がない。したがって、第1導電層11の幅が細くなったり、第1導電層11の厚さが薄くなったりすることを好適に抑制することができる。その結果、粗化処理によって細くなる(薄くなる)分を考慮して第1導電層11の幅を設計値以上に広く(厚さを設計値以上に厚く)形成する必要がなくなる。これにより、例えばレジスト層92の幅を必要以上に狭く形成する必要がなくなるため、レジスト層92が倒れるといった問題の発生を好適に抑制することができる。したがって、配線層10が微細化された場合であっても、レジスト層92が倒れるといった問題の発生が抑制されるため、配線層10の微細化に容易に対応することができる。
(2)また、第1導電層11の第1面11A及び側面に対して粗化処理を施す必要がないため、第1導電層11を所望の構造(例えば、断面構造)に容易に形成することができる。これにより、第1導電層11について所望の断面積を容易に確保することができるため、インピーダンス制御を容易に行うことができる。
(3)第1導電層11は、第1導電層11よりも抵抗率の高い第2導電層12によって被覆するようにした。さらに、第1導電層11の第1面11A及び側面を平滑面とした。換言すると、上述のように第1導電層11の第1面11A及び側面に対して粗化処理を施す必要がないため、第1導電層11の第1面11A及び側面を平滑面に維持することができる。これにより、第1導電層11の第1面11A及び側面が粗化面である場合に比べて、高周波信号の伝送特性を向上させることができる。
(4)絶縁層20に、第2導電層12の第1面12Aに到達するビアホールVH1を形成するようにした。これにより、ビアホールVH1をレーザ加工法により形成する場合には、ビアホールVH1の底部となる第2導電層12がレーザ光の吸収率の高いNi層となるため、ビアホールVH1の底部がCu層である場合に比べて、その底部における樹脂スミアの発生量を少なくすることができる。
(5)第2導電層12に、ビアホールVH1と連通して第1導電層11の第1面11Aに到達する開口部12Xを形成するようにした。すなわち、ビアホールVH1の底部に露出した第2導電層12を選択的に除去するようにした。これにより、仮にビアホールVH1の底部に露出した第2導電層12の第1面12A上に樹脂スミアが残存している場合であっても、第2導電層12と共に上記樹脂スミアを除去することができる。このため、開口部12Xの底部に、樹脂スミアの残渣のない第1導電層11の第1面11Aを露出させることができる。そして、その開口部12XとビアホールVH1を充填するようにビア配線31を形成するようにしたため、ビア配線31と第1導電層11(配線層10)との接続信頼性を向上させることができる。
(6)支持基板90上に、粗化面である第1面91Aを有する金属膜91を形成し、その金属膜91の第1面91A上に絶縁層20を形成するようにした。これにより、平滑面である支持基板90の第1面90A上に絶縁層20を形成する場合に比べて、支持基板90(金属膜91)と絶縁層20との密着性を向上させることができる。したがって、例えば製造途中に絶縁層20が支持基板90から剥離するといった問題の発生を抑制することができる。
(他の実施形態)
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、ビアホールVH1及び開口部12Xを充填するようにビア配線31を形成するようにした。これに限らず、例えばビア配線31をコンフォーマルビアとして形成してもよい。すなわち、ビア配線31は、ビアホールVH1及び開口部12Xの内面を被覆し、絶縁層20の上下に形成された配線層10と配線パターン32とを電気的に接続するビア配線であれば、その形状は特に限定されない。なお、ビア配線51,71についても同様に変更することができる。
・上記実施形態では、第2導電層12に開口部12Xを形成するようにしたが、例えば開口部12Xを省略してもよい。すなわち、第1導電層11の第1面11A全面を被覆するように第2導電層12を形成するようにしてもよい。この場合には、ビア配線31が第2導電層12の第1面12Aに接続されることになる。
・上記実施形態では、電解めっき法により、第1面12A及び側面が粗化面である第2導電層12を形成するようにした。これに限らず、例えば第1面12A及び側面が平滑面である第2導電層12を形成した後に、それら第1面12A及び側面に対してエッチング等による粗化処理を施すことにより、第1面12A及び側面が粗化面である第2導電層12を形成するようにしてもよい。
・上記実施形態では、配線パターン32,52,72の第1面32A,52A,72A及び側面を粗化面としたが、これに限らず、例えば配線パターン32,52,72の第1面32A,52A,72A及び側面を平滑面としてもよい。すなわち、配線パターン32,52,72の第1面32A,52A,72A及び側面に対する粗化処理を省略してもよい。
・上記実施形態では、第1導電層11の第1面11A及び側面を被覆するとともに、その第1導電層11から露出した金属膜91の第1面91Aを被覆する金属膜93を形成するようにした。すなわち、第1導電層11の第1面11A及び側面を被覆する第2導電層12と、第1導電層11から露出した金属膜91の第1面91Aを被覆する延出部13とを有する金属膜93を形成するようにした。これに限らず、例えば上記延出部13を有さない金属膜93、つまり第1導電層11の第1面11A及び側面のみを被覆する金属膜93を形成するようにしてもよい。
・上記実施形態では、支持基板90の第1面90A全面を被覆するように金属膜91を形成するようにした。これに限らず、例えば第1導電層11と支持基板90の第1面90Aとの間のみに金属膜91を形成するようにしてもよい。この場合には、例えば、支持基板90の第1面90A上にレジスト層を形成し、そのレジスト層の開口部から露出された支持基板90上に金属膜91と第1導電層11とを順に積層する。その後、上記レジスト層を除去し、第1導電層11の第1面11A及び側面を被覆する第2導電層12を含む金属膜93を形成する。
・あるいは、上記実施形態における金属膜91の形成を省略してもよい。
・上記実施形態における第1導電層11の第2面11B全面をパッドP1としてソルダレジスト層81の開口部81Xから露出させるようにしてもよい。また、第1導電層11の第2面11B全面及び第2導電層12の第2面12B全面をパッドP1としてソルダレジスト層81の開口部81Xから露出させるようにしてもよい。
・上記実施形態におけるソルダレジスト層81を省略してもよい。
・上記実施形態におけるソルダレジスト層82を省略してもよい。
・上記実施形態における第2導電層12を、2層以上の金属膜が積層された構造としてもよい。この場合には、例えば第1導電層11から最も離間した最外層の金属膜の材料として、Ni、Cr、Sn、Co、Fe、Pdなどの金属、又はこれら金属から選択される少なくとも一種の金属を含む合金を用いることが好ましい。
・上記実施形態では、単数個取り(一個取り)の製造方法に具体化したが、多数個取りの製造方法に具体化してもよい。
・上記実施形態の配線基板1における配線層10,30,50,70及び絶縁層20,40,60の層数や配線の取り回しなどは様々に変形・変更することが可能である。
・上記実施形態では、配線基板1に半導体チップ3を実装する場合について説明したが、被実装体としては半導体チップ3に限定されない。例えば配線基板1の上に別の配線基板を積み重ねる構造を有するパッケージ(パッケージ・オン・パッケージ)にも、本発明を適用することができる。
・上記実施形態における配線基板1に実装される半導体チップの数や、その半導体チップの実装の形態(例えば、フリップチップ実装、ワイヤボンディングによる実装、又はこれらの組み合わせ)などは様々に変形・変更することが可能である。
1 配線基板
2 半導体装置
3 半導体チップ
10 配線層(第1配線層)
11 第1導電層
12 第2導電層
12X 開口部
13 延出部
20 絶縁層(第1絶縁層)
30 配線層(第2配線層)
31 ビア配線
32 配線パターン
40,60 絶縁層
50,70 配線層
51,71 ビア配線
52,72 配線パターン
90 支持基板
91 金属膜(第1金属膜)
92 レジスト層
93 金属膜(第2金属膜)
VH1 ビアホール

Claims (10)

  1. 第1導電層と、前記第1導電層とは異なる導電材料からなり、前記第1導電層の第1面及び側面を被覆する第2導電層と、を有する第1配線層と、
    前記第2導電層の第1面及び側面を被覆し、前記第1導電層の前記第1面とは反対側の第2面を露出する最外層の第1絶縁層と、
    前記第1絶縁層の第1面上に積層され、前記第1配線層と電気的に接続される第2配線層と、を有し、
    前記第1導電層の第1面及び側面は平滑面であり、前記第2導電層の第1面及び側面は粗化面であることを特徴とする配線基板。
  2. 前記第1絶縁層は、該第1絶縁層を貫通するビアホールを有し、
    前記第2導電層は、前記ビアホールと連通して前記第1導電層の第1面の一部を露出する開口部を有し、
    前記第2配線層は、前記ビアホール内及び前記開口部内に設けられたビア配線と、前記第1絶縁層の第1面に積層され、前記ビア配線を介して前記第1配線層と接続された配線パターンとを有することを特徴とする請求項1に記載の配線基板。
  3. 前記ビアホールの断面形状は台形状であり、前記開口部の断面形状は矩形状又は台形状であることを特徴とする請求項2に記載の配線基板。
  4. 前記第1絶縁層から露出された前記配線パターンの表面の表面粗度は、前記第1導電層の第1面及び側面の表面粗度よりも高いことを特徴とする請求項2又は3に記載の配線基板。
  5. 前記第1導電層の第1面及び側面の粗度は、表面粗さRa値で0.1μm未満であり、
    前記第2導電層の第1面及び側面の粗度は、表面粗さRa値で0.2〜0.4μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の配線基板。
  6. 支持基板の第1面に第1導電層を形成する工程と、
    前記第1導電層とは異なる導電材料からなり、前記第1導電層の第1面及び側面を被覆するとともに、前記第1導電層の第1面及び側面よりも表面粗度の高い第1面及び側面を有する第2導電層を形成する工程と、
    前記第2導電層の第1面及び側面を被覆する最外層の第1絶縁層を前記支持基板の第1面に形成する工程と、
    前記第1絶縁層を貫通するビア配線と、前記第1絶縁層上に積層され、前記第1導電層と前記第2導電層とを含む第1配線層と前記ビア配線を介して電気的に接続される配線パターンとを形成する工程と、
    前記支持基板を除去する工程と、
    を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
  7. 前記ビア配線と前記配線パターンを形成する工程は、
    前記第1絶縁層を貫通して前記第2導電層の第1面を露出するビアホールを形成する工程と、
    前記第2導電層に、前記ビアホールと連通して前記第1導電層の第1面を露出する開口部を形成する工程と、
    前記ビアホール内及び前記開口部内に前記ビア配線を形成するとともに、前記ビア配線を介して前記第1導電層と接続される前記配線パターンを前記第1絶縁層上に積層する工程と、を有することを特徴とする請求項6に記載の配線基板の製造方法。
  8. 前記開口部は、前記ビアホールから露出した前記第2導電層を、前記第1導電層及び前記第1絶縁層に対して選択的にエッチングして形成されることを特徴とする請求項7に記載の配線基板の製造方法。
  9. 前記第1導電層を形成する工程の前に、前記支持基板の第1面上に、前記第1導電層及び前記支持基板とは異なる導電材料からなり、前記支持基板の第1面よりも表面粗度の高い第1面を有する第1金属膜を形成する工程と、
    前記支持基板を除去する工程の後に、前記第1金属膜を除去する工程と、を有し、
    前記第1導電層及び前記第1絶縁層は、前記第1金属膜の第1面上に形成されることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1つに記載の配線基板の製造方法。
  10. 前記第2導電層を形成する工程では、前記第2導電層と、前記第2導電層から延出して隣接する前記第2導電層を接続するとともに、前記第1金属膜の第1面を被覆する延出部とを有する第2金属膜を形成し、
    前記第1金属膜を除去する工程では、前記第1金属膜と前記延出部を除去することを特徴とする請求項9に記載の配線基板の製造方法。
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