JP2018163918A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁層から引き抜け難い形状のビア配線を備えた配線基板を提供する。【解決手段】本配線基板は、第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に形成された第１配線層と、前記第１配線層上に形成されたビア配線と、前記第１絶縁層上に形成され、前記第１配線層の上面及び側面、並びに前記ビア配線の側面を被覆する第２絶縁層と、前記第２絶縁層上に形成され、前記ビア配線を介して前記第１配線層と接続された第２配線層と、を有し、前記ビア配線は、前記第１配線層の上面と接続された第１ビア部と、前記第１ビア部上に前記第１ビア部と一体に形成され、前記第２配線層の下面と接続された第２ビア部と、を備え、前記第１ビア部は、前記第２ビア部側から前記第１配線層側に行くに従って横断面積が大きくなり、前記第２ビア部は、下端面が前記第１ビア部の上端面と接続するとともに前記第１ビア部の上端側から水平方向に庇状に延出し、上端面が前記第２配線層の下面と接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板及びその製造方法に関する。

配線層と絶縁層とが交互に積層されたビルドアップ配線基板において、上下の配線層は、例えば、銅等からなる円柱状のビア配線を介して接続される。

円柱状のビア配線は、例えば、以下のようにして作製される。まず、絶縁層上に配線層を形成し、配線層を被覆するように絶縁層上にレジスト層を形成する。そして、レジスト層に配線層の上面を露出する円柱状の開口部を形成する。そして、電解めっき法等により開口部内に金属を充填して円柱状のビア配線を形成し、レジスト層を除去する。その後、配線層及びビア配線を被覆する上層の絶縁層を形成し、更に上層の絶縁層上にビア配線を介して下層の配線層と接続される上層の配線層を形成する（例えば、特許文献１参照）。

特開平０５−１１０２５９号公報

しかしながら、円柱状のビア配線では、平滑な側面が垂直方向に形成されているため、ビア配線を被覆する絶縁層との間にアンカーとなるものがない。そのため、ビア配線が絶縁層から引き抜けやすく、信頼性が低下する。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、絶縁層から引き抜け難い形状のビア配線を備えた配線基板を提供することを課題とする。

本配線基板は、第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に形成された第１配線層と、前記第１配線層上に形成されたビア配線と、前記第１絶縁層上に形成され、前記第１配線層の上面及び側面、並びに前記ビア配線の側面を被覆する第２絶縁層と、前記第２絶縁層上に形成され、前記ビア配線を介して前記第１配線層と接続された第２配線層と、を有し、前記ビア配線は、前記第１配線層の上面と接続された第１ビア部と、前記第１ビア部上に前記第１ビア部と一体に形成され、前記第２配線層の下面と接続された第２ビア部と、を備え、前記第１ビア部は、前記第２ビア部側から前記第１配線層側に行くに従って横断面積が大きくなり、前記第２ビア部は、下端面が前記第１ビア部の上端面と接続するとともに前記第１ビア部の上端側から水平方向に庇状に延出し、上端面が前記第２配線層の下面と接続されていることを要件とする。

開示の技術によれば、絶縁層から引き抜け難い形状のビア配線を備えた配線基板を提供できる。

第１の実施の形態に係る配線基板を例示する断面図である。 第１の実施の形態に係る配線基板の製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態に係る配線基板の製造工程を例示する図（その２）である。 第１の実施の形態に係る配線基板の製造工程を例示する図（その３）である。 第１の実施の形態の変形例に係る配線基板を例示する断面図である。 第１の実施の形態の変形例に係る配線基板の製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態の変形例に係る配線基板の製造工程を例示する図（その２）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［配線基板の構造］
図１は、第１の実施の形態に係る配線基板を例示する断面図であり、図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部の部分拡大図である。

図１を参照するに、配線基板１は、絶縁層１０と、貫通配線２０と、配線層３０と、ビア配線４０と、絶縁層５０と、配線層６０と、ビア配線７０と、絶縁層８０と、配線層９０とを有するビルドアップ配線基板である。

なお、本実施の形態では、便宜上、配線基板１の配線層９０側を上側又は一方の側、絶縁層１０側を下側又は他方の側とする。又、各部位の配線層９０側の面を上面又は一方の面、絶縁層１０側の面を下面又は他方の面とする。但し、配線基板１は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を絶縁層１０の上面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を絶縁層１０の上面の法線方向から視た形状を指すものとする。又、横断面とは、絶縁層１０の上面と平行な平面で切断した断面とする。

絶縁層１０は、コアとなる絶縁層である。絶縁層１０の材料としては、例えば、非感光性（熱硬化性樹脂）のエポキシ系絶縁樹脂やフェノール系絶縁樹脂等を用いることができる。或いは、絶縁層１０の材料として、例えば、感光性のエポキシ系絶縁樹脂やアクリル系絶縁樹脂等を用いてもよい。絶縁層１０は、ガラスクロス等の補強材を有していても構わない。又、絶縁層１０は、シリカ（ＳｉＯ_２）等のフィラーを含有しても構わない。絶縁層１０の厚さは、例えば５０〜２０００μｍ程度とすることができる。

貫通配線２０は、絶縁層１０を貫通して配置されている。貫通配線２０の下端面は絶縁層１０の下面から露出している。貫通配線２０の下端面は外部接続端子として用いてもよいし、絶縁層１０の下面側に貫通配線２０の下端面と接続される配線層を設けてもよい。更に、絶縁層１０の下面側に、配線層と絶縁層が交互に複数積層された構造を設けてもよい。貫通配線２０の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。

配線層３０は、絶縁層１０上に形成されている。配線層３０の下面は、貫通配線２０の上端面と接続されている。配線層３０の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。配線層３０の厚さは、例えば、１０〜３０μｍ程度とすることができる。

ビア配線４０は、配線層３０上に形成されている。ビア配線４０は、配線層３０の上面と接続された第１ビア部４１と、第１ビア部４１上に第１ビア部４１と一体に形成され、配線層６０の下面と接続された第２ビア部４２とを備えている。第１ビア部４１及び第２ビア部４２の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。

なお、図１（ｂ）の水平方向の一点鎖線は第１ビア部４１と第２ビア部４２との便宜上の境界を示している。一点鎖線の部分が、第１ビア部４１の便宜上の上端面となる。但し、実際には、第１ビア部４１と第２ビア部４２とは一体に形成されているため、界面は存在しない。

第１ビア部４１は、第２ビア部４２側から配線層３０側に行くに従って横断面積が大きくなるように形成されている。断面視において、第１ビア部４１の側面は、直線状に傾斜していてもよいし、凸型又は凹型に湾曲していてもよい。第１ビア部４１の上端面及び下端面の平面形状は例えば円形とすることができるが、楕円形、矩形、その他の形状であってもよい。

第１ビア部４１の上端面及び下端面の平面形状が円形である場合、第１ビア部４１の下端面の直径Ｄ_１は、例えば、２０〜５０μｍ程度とすることができる。又、第１ビア部４１の上端面の直径Ｄ_２は、例えば、１０〜４０μｍ程度とすることができる。断面視において、第１ビア部４１の下端面（配線層３０の上面）と第１ビア部４１の側面とのなす角θは、例えば、８５度程度とすることができる。

第２ビア部４２は、第１ビア部４１の上端側から水平方向に庇状に突起する面４２１を備えている。面４２１は、第１ビア部４１の上端面の周囲に環状に形成されている。面４２１と図１（ｂ）の一点鎖線の部分とは一つの平面をなし、この１つの平面が第２ビア部４２の便宜上の下端面となる。すなわち、第２ビア部４２は、下端面が第１ビア部４１の上端面と接続するとともに第１ビア部４１の上端側から水平方向に庇状に延出している。そして、第２ビア部４２の上端面は、配線層６０の下面と接続されている。

又、第２ビア部４２は、配線層６０側から第１ビア部４１側に行くに従って横断面積が大きくなるように形成されている。断面視において、第２ビア部４２の側面は、直線状に傾斜していてもよいし、凸型又は凹型に湾曲していてもよい。第２ビア部４２の上端面及び下端面の平面形状は例えば円形とすることができるが、楕円形、矩形、その他の形状であってもよい。

第２ビア部４２の上端面及び下端面の平面形状が円形である場合、第２ビア部４２の下端面の直径Ｄ_３は、例えば、２０〜５０μｍ程度とすることができる。又、第２ビア部４２の上端面の直径Ｄ_４は、例えば、１０〜４０μｍ程度とすることができる。第２ビア部４２の厚さは、例えば、５〜１０μｍ程度とすることができる。

絶縁層５０は、絶縁層１０上に、配線層３０の上面及び側面、並びにビア配線４０の側面を被覆するように形成されている。絶縁層５０の材料は、例えば、絶縁層１０と同様とすることができる。絶縁層５０は、ガラスクロス等の補強材やシリカ（ＳｉＯ_２）等のフィラーを有しても構わない。絶縁層５０の厚さＴ（配線層３０より上側部分の厚さ）は、例えば１０〜３０μｍ程度とすることができる。絶縁層５０の厚さＴは、ビア配線４０の高さと等しい。

配線層６０は、絶縁層５０上に形成され、配線層６０の下面は第２ビア部４２の上端面と接している。配線層６０は、ビア配線４０を介して配線層３０と接続されている。配線層６０の材料や厚さは、例えば、配線層３０と同様とすることができる。

ビア配線７０は、配線層６０上に形成されている。ビア配線７０は、配線層６０の上面と接続された第１ビア部７１と、第１ビア部７１上に第１ビア部７１と一体に形成され、配線層９０の下面と接続された第２ビア部７２とを備えている。ビア配線７０の形状や寸法、材料は、例えば、ビア配線４０と同様とすることができる。

絶縁層８０は、絶縁層５０上に、配線層６０の上面及び側面、並びにビア配線７０の側面を被覆するように形成されている。絶縁層８０の材料や厚さは、例えば、絶縁層１０と同様とすることができる。絶縁層８０の厚さは、ビア配線７０の高さと等しい。

配線層９０は、絶縁層８０上に形成され、配線層９０の下面は第２ビア部７２の上端面と接している。配線層９０は、ビア配線７０を介して配線層６０と接続されている。配線層９０の材料や厚さは、例えば、配線層３０と同様とすることができる。

なお、配線層９０上に、更に、ビア配線、絶縁層、及び配線層の組を１組以上積層してもよい。

［配線基板の製造方法］
次に、第１の実施の形態に係る配線基板の製造方法について説明する。図２〜図４は、第１の実施の形態に係る配線基板の製造工程を例示する図である。なお、本実施の形態では、単品の配線基板を形成する工程を示すが、配線基板となる複数の部分を作製後、個片化して各配線基板とする工程としてもよい。

まず、図２（ａ）に示す工程では、絶縁層１０を準備し、絶縁層１０に貫通孔を設けて銅等の金属を充填し、貫通配線２０を形成する。絶縁層１０の材料や厚さは、前述の通りである。

次に、図２（ｂ）に示す工程では、絶縁層１０上に、貫通配線２０と接続する配線層３０を形成する。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等の各種配線形成方法を用いて形成できる。配線層３０の材料や厚さは、前述の通りである。

次に、図２（ｃ）に示す工程では、絶縁層１０上に、配線層３０を被覆するようにレジスト層３００を形成する。そして、図２（ｄ）に示す工程では、レジスト層３００に、配線層３０の上面を露出し、配線層３０側に行くに従って横断面積が大きくなる開口部３００ｘを形成する。

レジスト層３００は、例えば、感光性樹脂（感光性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂等）からなるフィルム状のレジストを、絶縁層１０上にラミネートすることで形成できる。レジスト層３００は、例えば、感光性樹脂（感光性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂等）からなる液状又はペースト状のレジストを、絶縁層１０上に塗布後乾燥させることで形成してもよい。

レジスト層３００がポジ型である場合は、露光量を通常よりも強めに調整することで、配線層３０側に行くに従って横断面積が大きくなる開口部３００ｘを形成することができる。又、レジスト層３００がネガ型である場合は、露光量を通常よりも弱めに調整することで、配線層３０側に行くに従って横断面積が大きくなる開口部３００ｘを形成することができる。

次に、図３（ａ）に示す工程では、開口部３００ｘに銅等の金属を充填すると共に、銅等の金属をレジスト層３００の上面から突起させる。これにより、銅等の金属により、開口部３００ｘを充填する第１ビア部４１と、第１ビア部４１の上端側から水平方向に庇状に突起する面を備えた第２ビア部４２とが形成される。第１ビア部４１及び第２ビア部４２の形状は、この時点ではキノコ状となる。又、第２ビア部４２の形状は、この時点では略球体の一部を切断した形状となる。第１ビア部４１及び第２ビア部４２は、例えば、配線層３０を給電層とする電解めっき法により、銅等の金属を開口部３００ｘの体積よりも過剰に析出させることで形成できる。

次に、図３（ｂ）に示す工程では、レジスト層３００を除去する。レジスト層３００は、所定の剥離液を用いて除去できる。そして、図３（ｃ）に示す工程では、絶縁層１０上に、配線層３０の上面及び側面、第１ビア部４１の側面、及び第２ビア部４２の上端面及び側面を被覆する絶縁層５０を形成する。絶縁層５０は、例えば、エポキシ系絶縁樹脂やフェノール系絶縁樹脂等を塗布又はラミネートすることにより形成できる。絶縁層５０の厚さは前述の通りである。なお、第２ビア部４２の上端面及と側面は連続的に形成されているため、両者を明確に区別する必要はない。

次に、図４（ａ）に示す工程では、絶縁層５０及び第２ビア部４２の絶縁層１０とは反対側を研磨し、絶縁層５０の上面から第２ビア部４２の上端面を露出する。研磨は、例えば、ＣＭＰ（Chemical-Mechanical Polishing）、ブラスト処理、バフ研磨等を用いることができる。絶縁層５０の上面と第２ビア部４２の上端面は、例えば、面一とすることができる。絶縁層５０の上面と第２ビア部４２の上端面とを面一とする場合、物理研磨と化学研磨とを組み合わせることが好ましい。

次に、図４（ｂ）に示す工程では、絶縁層５０上に、ビア配線４０を介して配線層３０と接続される配線層６０を形成する。配線層６０は、例えば、セミアディティブ法やサブトラクティブ法等の各種配線形成方法を用いて形成できる。配線層６０の材料や厚さは、前述の通りである。

次に、図４（ｃ）に示す工程では、図２（ｃ）〜図４（ｂ）と同様にして、ビア配線７０、絶縁層８０、及び配線層９０を形成する。以上の工程により、図１に示す配線基板１が完成する。

このように、第１の実施の形態に係る配線基板１では、第１ビア部４１は、第２ビア部４２側から配線層３０側に行くに従って横断面積が大きくなるように形成されている。これにより、ビア配線４０が絶縁層８０側に抜けることを防止できる。

又、配線基板１では、第１ビア部４１の上端側から水平方向に庇状に突起する面を備えた第２ビア部４２を有している。これにより、ビア配線４０が絶縁層１０側に抜けることを防止できる。

更に、配線基板１では、第２ビア部４２は、配線層６０側から第１ビア部４１側に行くに従って横断面積が大きくなるように形成されている。これにより、ビア配線４０が絶縁層８０側に抜けることを、より一層防止できる。

〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の変形例では、ビア配線がシード層を有する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図５は、第１の実施の形態の変形例に係る配線基板を例示する断面図であり、図５（ａ）は全体図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ部の部分拡大図である。

図５を参照するに、配線基板１Ａは、ビア配線４０及び７０がビア配線４０Ａ及び７０Ａに置換された点が、配線基板１と相違する。

ビア配線４０Ａは、配線層３０の上面と接続されたシード層４９と、シード層４９上に形成された第１ビア部４１と、第１ビア部４１上に第１ビア部４１と一体に形成され、配線層６０の下面と接続された第２ビア部４２とを備えている。シード層４９の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。シード層４９の厚さは、例えば、１μｍ以下程度とすることができる。ビア配線７０Ａは、シード層７９と、第１ビア部７１と、第２ビア部７２とを備えており、ビア配線４０Ａと同様の構造である。

配線基板１Ａは、例えば、以下のような工程により作製することができる。まず、第１の実施の形態の図２（ａ）及び図２（ｂ）の工程を実行後、図６（ａ）に示す工程では、例えば、無電解めっき法やスパッタ法等により、絶縁層１０の上面、並びに配線層３０の上面及び側面を被覆するシード層４９を形成する。

次に、図６（ｂ）に示す工程では、シード層４９上に、図２（ｃ）に示す工程と同様にしてレジスト層３００を形成する。そして、図２（ｄ）に示す工程と同様にして、レジスト層３００に、配線層３０の上面を露出し、配線層３０側に行くに従って横断面積が大きくなる開口部３００ｘを形成する。

次に、図６（ｃ）に示す工程では、シード層４９を給電層とする電解めっき法により、開口部３００ｘに銅等の金属を充填すると共に、銅等の金属をレジスト層３００の上面から突起させる。これにより、銅等の金属により、開口部３００ｘを充填する第１ビア部４１と、第１ビア部４１の上端側から水平方向に庇状に突起する面を備えた第２ビア部４２とが形成される。第１ビア部４１及び第２ビア部４２の形状は、この時点ではキノコ状となる。又、第２ビア部４２の形状は、この時点では略球体の一部を切断した形状となる
次に、図７（ａ）に示す工程では、レジスト層３００を除去する。そして、図７（ｂ）に示す工程では、第１ビア部４１をマスクとして、第１ビア部４１に被覆されていない領域のシード層４９をエッチングにより除去する。これにより、ビア配線４０Ａが形成される。シード層４９として銅を用いた場合には、例えば、過酸化水素／硫酸系水溶液や、過硫酸ナトリウム水溶液、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シード層４９を除去できる。

以降、図３（ｃ）〜図４（ｃ）と同様の工程を実行することで、図５に示す配線基板１Ａが完成する。但し、ビア配線７０Ａは、ビア配線４０Ａと同様にして形成する。

第１の実施の形態の変形例に係る製造方法では、下層の配線層から給電できないような構造の配線基板の場合でも、電解めっき法により下層の配線層上に第１ビア部及び第２ビア部を有するビア配線を形成することができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１、１Ａ 配線基板
１０、５０、８０ 絶縁層
２０ 貫通配線
３０、６０、９０ 配線層
４０、４０Ａ、７０、７０Ａ ビア配線
４１、７１ 第１ビア部
４２、７２ 第２ビア部
４９、７９ シード層

Claims (7)

1. 第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層上に形成された第１配線層と、
   前記第１配線層上に形成されたビア配線と、
   前記第１絶縁層上に形成され、前記第１配線層の上面及び側面、並びに前記ビア配線の側面を被覆する第２絶縁層と、
   前記第２絶縁層上に形成され、前記ビア配線を介して前記第１配線層と接続された第２配線層と、を有し、
   前記ビア配線は、
   前記第１配線層の上面と接続された第１ビア部と、
   前記第１ビア部上に前記第１ビア部と一体に形成され、前記第２配線層の下面と接続された第２ビア部と、を備え、
   前記第１ビア部は、前記第２ビア部側から前記第１配線層側に行くに従って横断面積が大きくなり、
   前記第２ビア部は、下端面が前記第１ビア部の上端面と接続するとともに前記第１ビア部の上端側から水平方向に庇状に延出し、上端面が前記第２配線層の下面と接続されていること、を特徴とする配線基板。
2. 前記第２ビア部は、前記第２配線層側から前記第１ビア部側に行くに従って横断面積が大きくなる請求項１に記載の配線基板。
3. 前記第１ビア部の前記第１配線層側にシード層が形成された請求項１又は２に記載の配線基板。
4. 第１絶縁層上に第１配線層を形成する工程と、
   前記第１絶縁層上に、前記第１配線層を被覆するようにレジスト層を形成する工程と、
   前記レジスト層に、前記第１配線層の上面を露出し、前記第１配線層側に行くに従って横断面積が大きくなる開口部を形成する工程と、
   前記開口部に金属を充填すると共に、前記金属を前記レジスト層の上面から突起させ、前記金属により、前記開口部を充填する第１ビア部と、下端面が前記第１ビア部の上端面と接続するとともに前記第１ビア部の上端側から水平方向に庇状に延出する第２ビア部と、を備えたビア配線を形成する工程と、
   前記レジスト層を除去後、前記第１絶縁層上に、前記第１配線層の上面及び側面、前記第１ビア部の側面、及び前記第２ビア部の上端面及び側面を被覆する第２絶縁層を形成する工程と、
   前記第２絶縁層及び前記第２ビア部の前記第１絶縁層とは反対側を研磨し、前記第２絶縁層の上面から前記第２ビア部の上端面を露出する工程と、
   前記第２絶縁層上に、前記ビア配線を介して前記第１配線層と接続された第２配線層を形成する工程と、を有する配線基板の製造方法。
5. 前記第２ビア部は、前記第２配線層側から前記第１ビア部側に行くに従って横断面積が大きくなるように形成される請求項４に記載の配線基板の製造方法。
6. 前記レジスト層を形成する前に、前記第１絶縁層の上面、並びに前記第１配線層の上面及び側面を被覆するシード層を形成する工程を有し、
   前記シード層を形成後、前記シード層上に前記レジスト層を形成し、前記レジスト層に前記開口部を形成し、前記シード層を給電層とする電解めっき法により前記金属を形成する請求項４又は５に記載の配線基板の製造方法。
7. 前記レジスト層は、感光性樹脂から形成され、
   前記感光性樹脂の露光量を調整することで、前記第１配線層側に行くに従って横断面積が大きくなる前記開口部を形成する請求項４乃至６の何れか一項に記載の配線基板の製造方法。

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