JP2019062062A - Wiring board, electronic device, and manufacturing method of wiring board - Google Patents

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将 森田
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Abstract

To provide a high-reliable wiring board, an electronic device, and manufacturing method of wiring board.SOLUTION: The wiring board includes: a substrate made of an insulation material or a semiconductor material; an adhesion layer formed over the substrate being overlapped therewith; a first seed layer formed of a first metal which may be formed as a the seed layer disposed being overlapped with the adhesion layer; a second seed layer formed of an alloy of a wiring metal and a second metal that has ionization tendency larger than that of the wiring metal, which is disposed being overlapped with the first seed layer; and a wiring layer of the wiring metal disposed being overlapped with the second seed layer. The first metal is a metal the ionization tendency of which is smaller than that of the second metal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、配線基板、電子装置、及び、配線基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a wiring board, an electronic device, and a method of manufacturing the wiring board.

従来より、基板上に形成された反応性イオンエッチング可能な材料からなる給電膜と、給電膜上に形成された電解めっき層と、給電膜と電解めっき層との間に形成された給電膜と電解めっき層の密着性を高める密着層と、を有してなる金属配線がある。前記給電膜はMo、W、Ptのうち1種または2種以上の単体、またはこれらの合金を主成分とすることを特徴とする。密着層としてニッケル薄膜が用いられ、電解めっき層として銅めっき層が用いられ、銅めっき層が金属配線の配線の部分として用いられる(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a feeding film made of a reactive ion-etchable material formed on a substrate, an electrolytic plating layer formed on the feeding film, and a feeding film formed between the feeding film and the electrolytic plating layer There is a metal wiring comprising: an adhesion layer for enhancing the adhesion of the electrolytic plating layer. The feed film is characterized in that one or two or more of Mo, W, Pt, or an alloy thereof is used as a main component. A nickel thin film is used as the adhesion layer, a copper plating layer is used as the electrolytic plating layer, and the copper plating layer is used as a portion of the metal wiring (for example, see Patent Document 1).

特開2001−028477号公報JP, 2001-028477, A

ところで、ニッケル薄膜(密着層)の上に銅めっき層を形成する際に、ニッケル薄膜(密着層)の表面に生じる酸化膜を完全に除去できない場合には、酸化膜が残存する部位にボイドが生じる場合がある。   By the way, when the copper plating layer is formed on the nickel thin film (adhesion layer), if the oxide film produced on the surface of the nickel thin film (adhesion layer) can not be completely removed, voids are present at the site where the oxide film remains. It may occur.

このようなボイドは、ニッケル薄膜(密着層)と銅めっき層との間に生じるため、金属配線の電気抵抗が上昇し、電気信号を正常に伝送できなくなり、信頼性が低下するおそれがある。   Such a void is generated between the nickel thin film (adhesion layer) and the copper plating layer, so that the electrical resistance of the metal wiring is increased, the electrical signal can not be transmitted properly, and the reliability may be reduced.

そこで、信頼性の高い配線基板、電子装置、及び、配線基板の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, it is an object of the present invention to provide a highly reliable wiring board, an electronic device, and a method of manufacturing the wiring board.

本発明の実施の形態の配線基板は、絶縁材料製又は半導体材料製の基板と、前記基板に重ねて配設される密着層と、前記密着層に重ねて配置され、シード層として形成可能な第1金属製の第1シード層と、前記第1シード層に重ねて配置され、配線用金属と、前記配線用金属よりも大きなイオン化傾向を有する第2金属との合金製の第2シード層と、前記第2シード層に重ねて配置される、前記配線用金属製の配線層とを含み、前記第1金属は、前記第2金属よりもイオン化傾向が小さい金属である。   The wiring substrate according to the embodiment of the present invention can be formed as a seed layer by being disposed so as to overlap with a substrate made of an insulating material or a semiconductor material, an adhesion layer disposed to overlap the substrate, and the adhesion layer. A second seed layer made of an alloy of a first metal first seed layer and an alloy of a wiring metal and a second metal having a larger ionization tendency than the wiring metal, disposed on the first seed layer. And a wiring layer made of the metal for wiring, which is disposed so as to overlap with the second seed layer, and the first metal is a metal having a smaller ionization tendency than the second metal.

信頼性の高い配線基板、電子装置、及び、配線基板の製造方法を提供することができる。   It is possible to provide a highly reliable wiring board, an electronic device, and a method of manufacturing the wiring board.

実施の形態の配線基板100の断面図を示す図である。It is a figure showing the sectional view of wiring board 100 of an embodiment. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100. 配線基板100を含む電子装置200を示す図である。FIG. 1 is a view showing an electronic device 200 including a wiring substrate 100. 実施の形態の変形例の配線基板100Mの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the wiring board 100M of the modification of embodiment. 配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure in a manufacturing process of wiring substrate 100.

以下、本発明の配線基板、電子装置、及び、配線基板の製造方法を適用した実施の形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment to which a wiring board, an electronic device, and a method for manufacturing a wiring board of the present invention are applied will be described.

<実施の形態>
図1は、実施の形態の配線基板100の断面図を示す図である。以下では、直交座標系の一例であるXYZ座標系を用いて説明する。配線基板100は、XY平面視では矩形状であり、図1には、配線基板100をXZ平面に沿って切断した断面構造を示す。なお、以下ではXZ断面構造を用いて説明するが、YZ断面構造も同様の構造であってよい。
Embodiment
FIG. 1 is a cross-sectional view of a wiring board 100 according to the embodiment. Below, it demonstrates using the XYZ coordinate system which is an example of a rectangular coordinate system. The wiring substrate 100 has a rectangular shape in an XY plan view, and FIG. 1 shows a cross-sectional structure in which the wiring substrate 100 is cut along the XZ plane. In addition, although it demonstrates using XZ cross-section below, YZ cross-section may be the same structure.

配線基板100は、基板110、密着層120、シード層130、合金層140、配線層150、及び樹脂層160を含む。このような配線基板100の配線層150は、Semi Additive Process(SAP法)によって作製される。SAP法を用いると、線幅が数nm以下の配線層150を作製することが可能である。   The wiring substrate 100 includes a substrate 110, an adhesion layer 120, a seed layer 130, an alloy layer 140, a wiring layer 150, and a resin layer 160. The wiring layer 150 of such a wiring substrate 100 is manufactured by Semi Additive Process (SAP method). By using the SAP method, it is possible to produce the wiring layer 150 having a line width of several nm or less.

基板110は、一例として、絶縁材料製の基板である。基板110は、FR−4(Flame Retardant type 4)規格の配線基板、又は、インターポーザであってもよい。また、基板110は、Si(シリコン)等の半導体材料製の基板であってもよく、この場合には、基板110の内部に回路が設けられていてもよい。基板110のZ軸正方向側の表面111の上には、密着層120、シード層130、合金層140、配線層150、及び樹脂層160が設けられる。   The substrate 110 is, for example, a substrate made of an insulating material. The substrate 110 may be a wiring substrate of FR-4 (Flame Retardant type 4) standard, or an interposer. Further, the substrate 110 may be a substrate made of a semiconductor material such as Si (silicon). In this case, a circuit may be provided inside the substrate 110. The adhesion layer 120, the seed layer 130, the alloy layer 140, the wiring layer 150, and the resin layer 160 are provided on the surface 111 on the Z-axis positive direction side of the substrate 110.

密着層120は、基板110の表面111に設けられ、基板110とシード層130を密着させる層である。密着層120としては、例えば、Ti(チタン)又はCr(クロム)等の金属層を用いることができる。ここでは、一例として、密着層120がTi層である形態について説明する。密着層120は、スパッタ法等で基板110の表面111にTi層を形成することによって作製され、厚さは、一例として、100nm以下である。   The adhesion layer 120 is a layer which is provided on the surface 111 of the substrate 110 and causes the substrate 110 and the seed layer 130 to adhere to each other. As the adhesion layer 120, for example, a metal layer such as Ti (titanium) or Cr (chromium) can be used. Here, as an example, a form in which the adhesion layer 120 is a Ti layer will be described. The adhesion layer 120 is produced by forming a Ti layer on the surface 111 of the substrate 110 by sputtering or the like, and its thickness is, for example, 100 nm or less.

シード層130は、密着層120の上に設けられ、配線層150を電解めっき処理で作製する際に用いられる2つのシード層のうちの1つのシード層である。シード層130は、第1シード層の一例である。   The seed layer 130 is provided on the adhesion layer 120, and is a seed layer of one of two seed layers used when the wiring layer 150 is formed by electrolytic plating. The seed layer 130 is an example of a first seed layer.

シード層130は、次の4つの条件を満たす金属製の層であればよい。シード層130を構築する金属は、例えば、Ni(ニッケル)、Al(アルミニウム)、Nb(ニオブ)、W(タングステン)、Ni−P(ニッケル−リン)層、又はNi−B(ニッケル−ボロン)等のCu(銅)以外の金属又は合金であって(1つ目の条件)、シード層として用いることが可能な金属であること(2つ目の条件)が必要である。   The seed layer 130 may be a metal layer satisfying the following four conditions. The metal forming the seed layer 130 is, for example, Ni (nickel), Al (aluminum), Nb (niobium), W (tungsten), Ni-P (nickel-phosphorus) layer, or Ni-B (nickel-boron) And the like (a first condition) and a metal that can be used as a seed layer (a second condition).

また、シード層130を構築する金属は、ウェットエッチング処理又はドライエッチング処理によってCuとは選択的に除去が可能な金属であって(3つ目の条件)、後述する拡散金属層の金属よりもイオン化傾向が小さい金属であること(4つ目の条件)が必要である。   Further, the metal forming the seed layer 130 is a metal which can be selectively removed from Cu by wet etching or dry etching (third condition), and is more than the metal of the diffusion metal layer described later. It is necessary that the metal has a small ionization tendency (the fourth condition).

シード層130は、例えば、スパッタ法、無電解めっき処理、又は電解めっき処理によって形成され、厚さは、一例として、200nm以下である。ここでは、一例として、シード層130がNb層である形態について説明する。シード層130の金属は、第1金属の一例である。   The seed layer 130 is formed, for example, by sputtering, electroless plating, or electrolytic plating, and has a thickness of, for example, 200 nm or less. Here, as an example, an embodiment in which the seed layer 130 is an Nb layer will be described. The metal of the seed layer 130 is an example of a first metal.

合金層140は、シード層130の上に設けられ、配線層150を電解めっき処理で作製する際に用いられる2つのシード層のうちの1つのシード層である。合金層140は、第2シード層の一例である。   The alloy layer 140 is provided on the seed layer 130, and is a seed layer of one of the two seed layers used when producing the wiring layer 150 by the electrolytic plating process. The alloy layer 140 is an example of a second seed layer.

合金層140は、配線基板100の製造工程のうちの加熱工程で、後述する拡散金属層の金属と、配線層150のCuとが拡散して合金化することによって作製される。拡散金属層は、加熱工程が行われる前には、合金層140が存在する位置にある。この詳細は図2乃至図12を用いて後述する。   The alloy layer 140 is manufactured by diffusion and alloying of a metal of a diffusion metal layer to be described later and Cu of the wiring layer 150 in the heating step in the manufacturing process of the wiring substrate 100. The diffusion metal layer is in a position where the alloy layer 140 exists before the heating step is performed. The details will be described later with reference to FIGS. 2 to 12.

拡散金属層としては、Pt(プラチナ)又はAu(金)等のCu以上のイオン化傾向を有する金属であって、かつ、ウェットエッチング処理又はドライエッチング処理によって除去が可能な金属を用いることができる。ここでは、一例として、拡散金属層としてAu層を用いる形態について説明する。拡散金属層の金属は、第2金属の一例である。   As the diffusion metal layer, a metal having an ionization tendency of Cu or more, such as Pt (platinum) or Au (gold), which can be removed by a wet etching process or a dry etching process can be used. Here, as an example, an embodiment using an Au layer as a diffusion metal layer will be described. The metal of the diffusion metal layer is an example of the second metal.

配線層150は、合金層140の上に設けられ、配線基板100の配線として機能する金属層である。配線層150は、一例として、Cu製である。配線層150は、シード層130及び合金層140をシード層として用いて、電解めっき処理で銅めっき層を形成することによって作製される。配線層150の金属は、配線用金属の一例である。   The wiring layer 150 is a metal layer provided on the alloy layer 140 and functioning as a wiring of the wiring substrate 100. The wiring layer 150 is made of Cu as an example. The wiring layer 150 is manufactured by forming a copper plating layer by an electrolytic plating process using the seed layer 130 and the alloy layer 140 as a seed layer. The metal of the wiring layer 150 is an example of a wiring metal.

配線層150には、配線基板100がIC(Integrated Circuit:集積回路)チップ等に接続されることにより、様々な電気信号が流れ得る。なお、配線層150として、Cuの代わりに、Ni(ニッケル)又はW(タングステン)を用いてもよい。   In the wiring layer 150, various electric signals can flow by the wiring substrate 100 being connected to an IC (Integrated Circuit) chip or the like. Note that Ni (nickel) or W (tungsten) may be used as the wiring layer 150 instead of Cu.

樹脂層160は、配線基板100の表面111上において、基板110、密着層120、シード層130、合金層140、配線層150を覆う絶縁層である。樹脂層160は、配線層150等を外部からの腐食又は物理的な衝撃から保護するために形成されており、保護層として設けられている。   The resin layer 160 is an insulating layer covering the substrate 110, the adhesion layer 120, the seed layer 130, the alloy layer 140, and the wiring layer 150 on the surface 111 of the wiring substrate 100. The resin layer 160 is formed to protect the wiring layer 150 and the like from external corrosion or physical impact, and is provided as a protective layer.

次に、図2乃至図12を用いて、配線基板100の製造方法について説明する。図2乃至図12は、配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。以下では、Z軸正方向側の面を上面と称す。   Next, a method of manufacturing the wiring substrate 100 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 to FIG. 12 are views showing the cross-sectional structure in the manufacturing process of the wiring substrate 100. FIG. Hereinafter, the surface on the Z-axis positive direction side is referred to as the upper surface.

まず、図2に示すように、基板110の表面111の上面の全体に、スパッタ法等でTi層を形成することによって密着層120Aを作製する。密着層120Aの厚さは、一例として、100nm以下である。密着層120Aは、後にエッチングされて図1に示す密着層120になるものであり、この段階では表面111の上面の全体に形成される。   First, as shown in FIG. 2, an adhesion layer 120A is produced by forming a Ti layer on the entire upper surface of the surface 111 of the substrate 110 by sputtering or the like. The thickness of the adhesion layer 120A is, for example, 100 nm or less. The adhesion layer 120A is to be etched later to form the adhesion layer 120 shown in FIG. 1, and is formed on the entire top surface of the surface 111 at this stage.

次に、図3に示すように、密着層120Aの上面の全体に、スパッタ法でNb層を形成することにより、シード層130Aを作製する。厚さは、一例として、200nm以下である。シード層130Aは、後にエッチング処理を行うことによって図1に示すシード層130にされるものであり、この段階では、密着層120Aの上面の全体に形成される。   Next, as shown in FIG. 3, a seed layer 130A is produced by forming an Nb layer on the entire top surface of the adhesion layer 120A by sputtering. The thickness is, for example, 200 nm or less. The seed layer 130A is formed into the seed layer 130 shown in FIG. 1 by performing an etching process later, and at this stage, the seed layer 130A is formed on the entire top surface of the adhesion layer 120A.

なお、ここではシード層130Aとして、スパッタ法でNb層を形成する形態について説明するが、Ni層を形成する場合には、スパッタ法、無電解めっき処理、又は電解めっき処理で形成することができ、Al層又はW層を形成する場合には、スパッタ法で形成することができ、Ni−P層又はNi−B層を形成する場合には、無電解めっき処理又は電解めっき処理で形成することができる。   Here, an embodiment in which the Nb layer is formed by sputtering as the seed layer 130A will be described, but in the case of forming the Ni layer, it can be formed by sputtering, electroless plating, or electrolytic plating. When forming an Al layer or a W layer, it can be formed by sputtering, and when forming a Ni-P layer or a Ni-B layer, form it by electroless plating or electrolytic plating Can.

次に、図4に示すように、シード層130Aの上面の全体に、拡散金属層140Aを作製する。ここでは、拡散金属層140AとしてAu層を用いるため、スパッタ法、蒸着法、又は無電解めっき処理で形成することができる。なお、拡散金属層140AとしてPt層を用いる場合にはスパッタ法で形成すればよい。   Next, as shown in FIG. 4, a diffusion metal layer 140A is formed on the entire top surface of the seed layer 130A. Here, since the Au layer is used as the diffusion metal layer 140A, the diffusion metal layer 140A can be formed by a sputtering method, an evaporation method, or an electroless plating process. When a Pt layer is used as the diffusion metal layer 140A, it may be formed by sputtering.

次に、図5に示すように、拡散金属層140Aの上にフォトレジスト50を作製する。フォトレジスト50は、拡散金属層140Aの上にフォトレジスト材料を塗布し、露光工程及び現像工程により配線パターンを形成する。フォトレジスト50は、配線層150を作製する際のマスクとして用いられるものであり、フォトレジスト50を残す部分は、配線層150を形成しない部分である。   Next, as shown in FIG. 5, a photoresist 50 is formed on the diffusion metal layer 140A. The photoresist 50 applies a photoresist material on the diffusion metal layer 140A, and forms a wiring pattern by an exposure process and a development process. The photoresist 50 is used as a mask when producing the wiring layer 150, and the portion where the photoresist 50 is left is a portion where the wiring layer 150 is not formed.

次に、図6に示すように、電解めっき処理を行うことにより、拡散金属層140Aの上のフォトレジスト50が作製されていない部分(配線パターンの部分)に、配線層150を作製する。配線層150としては主にCuめっき層を用いるが、Cuめっき層の代わりに、Niめっき層又はWめっき層を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 6, by performing an electrolytic plating process, the wiring layer 150 is produced in the portion (the portion of the wiring pattern) where the photoresist 50 is not produced on the diffusion metal layer 140A. Although a Cu plating layer is mainly used as the wiring layer 150, a Ni plating layer or a W plating layer may be used instead of the Cu plating layer.

次に、図7に示すように、フォトレジスト50を除去する。フォトレジスト50の除去は、専用のエッチング溶液を用いてウェットエッチング処理で行えばよい。   Next, as shown in FIG. 7, the photoresist 50 is removed. The removal of the photoresist 50 may be performed by a wet etching process using a dedicated etching solution.

次に、図8に示すように、加熱処理(アニール)により配線層150のCuと拡散金属層140AのAuとを拡散させ、配線層150の直下のみに合金層140を作製する。加熱処理は、150℃以上の加熱温度にて、低酸素雰囲気で行うことで、配線層150が酸化されず金属拡散を速やかに実現させることができる。加熱処理により配線層150のCuと拡散金属層140AのAuとが拡散することで、異なる金属同士が混ざり合い、従来のような界面におけるボイドが発生しなくなる。   Next, as shown in FIG. 8, Cu of the wiring layer 150 and Au of the diffusion metal layer 140 A are diffused by heat treatment (annealing), and the alloy layer 140 is formed only immediately below the wiring layer 150. By performing the heat treatment in a low oxygen atmosphere at a heating temperature of 150 ° C. or higher, the wiring layer 150 is not oxidized, and metal diffusion can be rapidly realized. As Cu of the wiring layer 150 and Au of the diffusion metal layer 140A are diffused by the heat treatment, different metals are mixed, and voids at the interface as in the prior art are not generated.

なお、加熱処理の温度は、拡散させる金属同士の組み合わせ等に応じて適宜設定すればよい。また、常温で拡散が生じる場合には、常温であってもよい。   Note that the temperature of the heat treatment may be set as appropriate in accordance with the combination of the metals to be diffused, or the like. In addition, when diffusion occurs at normal temperature, it may be normal temperature.

次に、図9に示すように、専用のエッチング溶液を用いて、残存する拡散金属層140Aを除去する。残存する拡散金属層140Aは、図4に示す工程で作製した拡散金属層140Aのうち、配線層150の直下に位置しない部分である。拡散金属層140AがAu層の場合は、Au専用のエッチング溶液を用いればよい。   Next, as shown in FIG. 9, the remaining diffusion metal layer 140A is removed using a dedicated etching solution. The remaining diffusion metal layer 140A is a portion of the diffusion metal layer 140A produced in the step shown in FIG. 4 that is not located immediately below the wiring layer 150. When the diffusion metal layer 140A is an Au layer, an etching solution dedicated to Au may be used.

次に、図10に示すように、エッチング処理を行うことにより、シード層130Aのうち合金層140の真下に位置する部分以外を除去し、シード層130を得る。ここでは、シード層130AとしてNb層を用いているため、ドライエッチング処理を行うことにより、シード層130を形成することができる。シード層130が微細化しても配線強度を保つことができ、更なる信頼性確保が可能である。   Next, as shown in FIG. 10, the seed layer 130 is obtained by etching except for the portion of the seed layer 130A located immediately below the alloy layer 140. Here, since the Nb layer is used as the seed layer 130A, the seed layer 130 can be formed by performing the dry etching process. Even if the seed layer 130 is miniaturized, the wiring strength can be maintained, and further reliability can be ensured.

なお、シード層130AとしてAl層又はW層を用いる場合にもドライエッチング処理が可能である。また、Ni層、Ni−P層、又はNi−B層を用いる場合には、ウェットエッチング処理を行えばよい。   The dry etching process is also possible when using an Al layer or a W layer as the seed layer 130A. In the case of using a Ni layer, a Ni-P layer, or a Ni-B layer, a wet etching process may be performed.

次に、図11に示すように、密着層120Aのうち、配線層150、合金層140、及びシード層130の真下にある部分を残してエッチング処理を行うことにより、密着層120を形成する。ここでは、密着層120AとしてTi層を用いているため、Tiの専用のエッチング溶液を用いてウェットエッチング処理を行えばよい。   Next, as shown in FIG. 11, the adhesion layer 120 is formed by performing an etching process while leaving the portions of the adhesion layer 120A directly under the wiring layer 150, the alloy layer 140, and the seed layer 130. Here, since a Ti layer is used as the adhesion layer 120A, a wet etching process may be performed using a dedicated etching solution of Ti.

そして最後に、図12に示すように、基板110の表面上で、密着層120、シード層130、合金層140、及び配線層150を覆う樹脂層160を作製することにより、図1に示す断面構造と同一の配線基板100を作製することができる。   Finally, as shown in FIG. 12, a resin layer 160 covering the adhesion layer 120, the seed layer 130, the alloy layer 140, and the wiring layer 150 is formed on the surface of the substrate 110, thereby the cross section shown in FIG. The same wiring substrate 100 as the structure can be manufactured.

以上のような配線基板100は、図13に示すような電子装置200に用いることができる。図13は、電子装置200の断面構造を示す図である。   The wiring substrate 100 as described above can be used in an electronic device 200 as shown in FIG. FIG. 13 is a view showing the cross-sectional structure of the electronic device 200. As shown in FIG.

電子装置200は、回路基板210、バンプ220、インターポーザ230、バンプ240、及びIC(Integrated Circuit:集積回路)チップ250を含む。   The electronic device 200 includes a circuit board 210, bumps 220, an interposer 230, bumps 240, and an IC (Integrated Circuit) chip 250.

回路基板210は、例えば、FR−4規格の多層型の配線基板であり、ここでは一例として、配線層が6層の多層型の配線基板を示す。回路基板210は、6層の配線層と5層の絶縁層(例えば、コア層又はプリプレグ層)を交互に重ね合わせて熱圧着した多層基板である。   The circuit board 210 is, for example, a multilayer wiring board of the FR-4 standard, and here, as an example, a multilayer wiring board having six wiring layers is shown. The circuit board 210 is a multilayer board in which six wiring layers and five insulating layers (for example, a core layer or a prepreg layer) are alternately stacked and thermocompression bonded.

回路基板210は、Z軸正方向側の表面に配置される端子211を有する。端子211は、銅めっき処理で形成され、回路基板210の最上層に位置する配線層である。なお、回路基板210の最上層よりも下の構成についての説明は省略する。また、回路基板210を配線基板として捉えてもよい。   The circuit board 210 has a terminal 211 disposed on the surface on the Z-axis positive direction side. The terminal 211 is a wiring layer that is formed by copper plating and located on the top layer of the circuit board 210. The description of the configuration below the uppermost layer of the circuit board 210 is omitted. Alternatively, the circuit board 210 may be regarded as a wiring board.

バンプ220は、回路基板210の端子211と、インターポーザ230の端子232とを接続するはんだバンプであり、一例としてC4バンプである。   The bumps 220 are solder bumps for connecting the terminals 211 of the circuit board 210 and the terminals 232 of the interposer 230, and are, for example, C4 bumps.

インターポーザ230は、シリコン、ガラス、樹脂等の半導体基板231の内部に回路等を形成したものであり、Z軸負方向側の面に配設される端子232と、Z軸正方向側の面に配設される端子233とを有する。半導体基板231の内部の回路等は、端子232及び233に接続されている。   The interposer 230 has a circuit or the like formed inside a semiconductor substrate 231 made of silicon, glass, resin or the like, and has a terminal 232 disposed on the surface in the negative Z-axis direction and a surface on the positive Z-axis direction. And a terminal 233 disposed. Circuits and the like inside the semiconductor substrate 231 are connected to the terminals 232 and 233.

バンプ240は、Cuピラーバンプであり、インターポーザ230の端子233と、ICチップ250のZ軸負方向側の面に設けられる端子251とを接続する。   The bumps 240 are Cu pillar bumps, and connect the terminals 233 of the interposer 230 and the terminals 251 provided on the surface of the IC chip 250 in the negative Z-axis direction.

ICチップ250は、Z軸負方向側の面に設けられる端子251を有する。端子251は、ICチップ250の内部に設けられる集積回路に接続されている。ICチップ250は、半導体素子の一例である。また、ここでは、半導体素子の一例としてのICチップ250が電子装置200に含まれるものとして説明するが、例えば、複数のICチップ250を含む半導体装置のように、半導体素子よりも大規模なものが電子装置200に含まれていてもよい。   The IC chip 250 has a terminal 251 provided on the surface on the Z axis negative direction side. The terminal 251 is connected to an integrated circuit provided inside the IC chip 250. The IC chip 250 is an example of a semiconductor element. Here, although the IC chip 250 as an example of a semiconductor device is described as being included in the electronic device 200, for example, a semiconductor device larger than a semiconductor device such as a semiconductor device including a plurality of IC chips 250 is described. May be included in the electronic device 200.

このような電子装置200において、配線基板100は、例えば、インターポーザ230を基板110として用い、端子233に接続される配線を配線層150として用いたものとして捉えることができる。この場合に、密着層120、シード層130、合金層140、及び配線層150は、基板110として用いられる半導体基板231のZ軸正方向側の面に設けられ、端子233は、配線層150の端部に設けられる。   In such an electronic device 200, for example, the wiring substrate 100 can be regarded as using the interposer 230 as the substrate 110 and using the wiring connected to the terminal 233 as the wiring layer 150. In this case, the adhesion layer 120, the seed layer 130, the alloy layer 140, and the wiring layer 150 are provided on the surface of the semiconductor substrate 231 used as the substrate 110 in the positive Z-axis direction. It is provided at the end.

配線基板100は、一例として、インターポーザ230とICチップ250との間の微細化が必要な部分に用いることができる。   The wiring substrate 100 can be used, for example, in a portion where miniaturization between the interposer 230 and the IC chip 250 is required.

近年では半導体装置に様々な機能が求められ、複数の半導体素子(ICチップ250)を1つの半導体装置に搭載する傾向にある。このため、1つの回路基板210に複数の半導体素子(ICチップ250)を微細な配線層(配線層150等)を介して、半導体素子(ICチップ250)同士を近接接合及び高密度実装する技術が開発されている。   In recent years, various functions are required of semiconductor devices, and there is a tendency to mount a plurality of semiconductor elements (IC chips 250) in one semiconductor device. For this reason, a technology for closely bonding and densely mounting semiconductor elements (IC chip 250) on a single circuit board 210 via a plurality of semiconductor elements (IC chip 250) via fine wiring layers (wiring layer 150 etc.) Is being developed.

半導体素子(ICチップ250)と回路基板210との間に、微細配線を持つインターポーザ230を介して接合することで半導体素子(ICチップ250)同士を高密度実装することが行われている。インターポーザ230に微細配線層を形成し、複数の半導体素子(ICチップ250)と接合することで高密度に実装でき半導体装置の高機能化が実現できる。   The semiconductor elements (IC chips 250) are mounted at high density by bonding between the semiconductor elements (IC chips 250) and the circuit substrate 210 via the interposer 230 having fine wiring. By forming a fine wiring layer in the interposer 230 and bonding it to a plurality of semiconductor elements (IC chips 250), high-density mounting can be achieved, and high functionality of the semiconductor device can be realized.

本実施の形態の配線基板100は、上述のように、シード層130として、Nb等のCu以外の金属又は合金であって(1つ目の条件)、シード層として利用可能な金属であり、Cuとは選択的にエッチング処理による除去が可能な金属であって、かつ、拡散金属層140Aの金属よりもイオン化傾向が小さい金属を用いている。   As described above, wiring substrate 100 according to the present embodiment is a metal or alloy other than Cu such as Nb as the seed layer 130 (first condition), and is a metal that can be used as the seed layer, Cu is a metal which can be selectively removed by etching, and a metal which has a smaller ionization tendency than the metal of the diffusion metal layer 140A is used.

また、拡散金属層140Aとしては、配線層150の金属(配線用金属)よりも大きなイオン化傾向を有する金属を用いている。   Further, as the diffusion metal layer 140A, a metal having a larger ionization tendency than that of the metal (wiring metal) of the wiring layer 150 is used.

このため、製造段階における加熱処理において、シード層130は殆ど合金化されずに殆どそのまま残り、拡散金属層140Aの金属と、配線層150の金属との合金による合金層140がシード層130と配線層150との間に作製される。   For this reason, in the heat treatment in the manufacturing stage, the seed layer 130 is hardly alloyed and remains almost unchanged, and the alloy layer 140 made of the alloy of the metal of the diffusion metal layer 140A and the metal of the wiring layer 150 It is produced between the layer 150.

従って、加熱処理を行った後に、配線層150と合金層140との間にボイドが発生することを抑制することができ、配線層150によって伝送される電気信号の劣化を抑制して、正しい内容の電気信号を伝送することができる。   Therefore, after heat treatment, generation of a void between the wiring layer 150 and the alloy layer 140 can be suppressed, and deterioration of the electrical signal transmitted by the wiring layer 150 can be suppressed, and the correct content can be obtained. Can transmit electrical signals.

以上より、実施の形態によれば、信頼性の高い配線基板100、電子装置200、及び、配線基板100の製造方法を提供することができる。配線基板100は、L&S=1μm/1μmの微細配線でもサイドエッチングが発生せず配線強度を保つことができる。   As described above, according to the embodiment, it is possible to provide a highly reliable wiring substrate 100, an electronic device 200, and a method of manufacturing the wiring substrate 100. In the wiring substrate 100, even in the case of fine wiring of L & S = 1 μm / 1 μm, side etching does not occur and wiring strength can be maintained.

なお、以上では、シード層130がNb層であり、拡散金属層140AがAu層であり、配線層150がCu製であり、合金層140がAu−Cu層である形態について説明した。しかしながら、シード層130、合金層140、拡散金属層140A、配線層150としては、上述したように、これら以外の金属を用いることができる。   In the above, the embodiment has been described in which the seed layer 130 is an Nb layer, the diffusion metal layer 140A is an Au layer, the wiring layer 150 is made of Cu, and the alloy layer 140 is an Au-Cu layer. However, as described above, metals other than these may be used as the seed layer 130, the alloy layer 140, the diffusion metal layer 140A, and the wiring layer 150.

その際に、次のようなイオン化傾向の関係を有していればよい。拡散金属層140Aの金属(第2金属)は、配線層150の金属(配線用金属)よりも大きなイオン化傾向を有していればよい。また、シード層130の金属(第1金属)は、拡散金属層140Aの金属(第2金属)よりもイオン化傾向が小さい金属であればよい。   At that time, it is sufficient to have the following relationship of ionization tendency. The metal (second metal) of the diffusion metal layer 140A may have a larger ionization tendency than the metal (wiring metal) of the wiring layer 150. Further, the metal (first metal) of the seed layer 130 may be a metal having a smaller ionization tendency than the metal (second metal) of the diffusion metal layer 140A.

また、以上では、基板110の上面に密着層120を直接形成する形態について説明したが、基板110の上面に絶縁層を形成し、絶縁層の上に密着層120を形成してもよい。この場合にも、基板110に重ねて密着層120が配設されることになる。   In the above description, the adhesion layer 120 is formed directly on the top surface of the substrate 110. However, an insulation layer may be formed on the top surface of the substrate 110, and the adhesion layer 120 may be formed on the insulation layer. Also in this case, the adhesion layer 120 is disposed so as to overlap the substrate 110.

また、配線層150にメタルキャップ層を設けてもよい。図14は、実施の形態の変形例による配線基板100Mの断面構造を示す図である。図15は、配線基板100の製造工程における断面構造を示す図である。   Further, a metal cap layer may be provided on the wiring layer 150. FIG. 14 is a view showing a cross-sectional structure of a wiring board 100M according to a modification of the embodiment. FIG. 15 is a view showing a cross-sectional structure in the manufacturing process of wiring substrate 100. Referring to FIG.

図14に示す配線基板100Mのように、配線層150の両側面及び上面を覆うメタルキャップ層170を設けてもよい。メタルキャップ層170は、Ni、Co(コバルト)、又はSn(錫)等の金属、又は、Ni−Pのような合金で作製され、配線層150を保護するために設けられる。   A metal cap layer 170 may be provided to cover both side surfaces and the upper surface of the wiring layer 150 as in the wiring substrate 100M shown in FIG. The metal cap layer 170 is made of a metal such as Ni, Co (cobalt) or Sn (tin) or an alloy such as Ni-P, and is provided to protect the wiring layer 150.

このようなメタルキャップ層170は、図15に示すように、密着層120を作製した(図11に示す製造工程の)後に、配線層150を覆うように、電解めっき処理でNi−Pメッキ膜を形成することによって作製することができる。このようなメタルキャップ層170をバリアメタル層として取り扱ってもよい。メタルキャップ層170の厚さは、例えば、50nmである。   Such a metal cap layer 170 is, as shown in FIG. 15, an Ni—P plated film by electrolytic plating so as to cover the wiring layer 150 after the adhesion layer 120 is produced (of the manufacturing process shown in FIG. 11). Can be made by forming Such a metal cap layer 170 may be handled as a barrier metal layer. The thickness of the metal cap layer 170 is, for example, 50 nm.

以上、本発明の例示的な実施の形態の配線基板、電子装置、及び、配線基板の製造方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
絶縁材料製又は半導体材料製の基板と、
前記基板に重ねて配設される密着層と、
前記密着層に重ねて配置され、シード層として形成可能な第1金属製の第1シード層と、
前記第1シード層に重ねて配置され、配線用金属と、前記配線用金属よりも大きなイオン化傾向を有する第2金属との合金製の第2シード層と、
前記第2シード層に重ねて配置される、前記配線用金属製の配線層と
を含み、
前記第1金属は、前記第2金属よりもイオン化傾向が小さい金属である、配線基板。
(付記2)
前記第1金属は、前記配線用金属と選択的にエッチング可能な金属である、付記1記載の配線基板。
(付記3)
前記第1金属は、ニッケル、ニオブ、アルミニウム、タングステン、ニッケルとクロムの合金、又は、窒化ニオブである、付記1又は2記載の配線基板。
(付記4)
前記第2金属は金であり、前記合金は前記配線用金属と金の合金である、又は、前記第2金属はプラチナであり、前記合金は前記配線用金属とプラチナの合金である、付記1乃至3のいずれか一項記載の配線基板。
(付記5)
前記基板の上で、前記密着層、前記第1シード層、前記第2シード層、及び前記配線層を覆う保護層をさらに含む、付記1乃至4のいずれか一項記載の配線基板。
(付記6)
前記配線層の側面及び上面を覆うメタルキャップ層をさらに含む、付記1乃至5のいずれか一項記載の配線基板。
(付記7)
配線基板と、
前記配線基板に接続される半導体素子と、
前記配線基板と前記半導体素子とを電気的に接続するバンプと
を含む電子装置であって、
前記配線基板は、
絶縁材料製又は半導体材料製の基板と、
前記基板に重ねて配設される密着層と、
前記密着層に重ねて配置され、シード層として形成可能な第1金属製の第1シード層と、
前記第1シード層に重ねて配置され、配線用金属と、前記配線用金属よりも大きなイオン化傾向を有する第2金属との合金製の第2シード層と、
前記第2シード層に重ねて配置される、前記配線用金属製の配線層と
を有し、
前記第1金属は、前記第2金属よりもイオン化傾向が小さい金属である、電子装置。
(付記8)
絶縁材料製又は半導体材料製の基板に重ねて密着層を形成する工程と、
シード層として形成可能な第1金属製の第1シード層を前記密着層に重ねて形成する工程と、
配線用金属よりも大きなイオン化傾向を有する第2金属製の拡散層を前記第1シード層に重ねて形成する工程と、
前記拡散層に重ねて前記配線用金属製の配線層を形成する工程と、
加熱処理を行うことにより、前記拡散層のうちの前記配線層の下の部分に、前記配線用金属と前記第2金属との合金製の第2シード層を形成する工程と、
前記配線層の下に位置していない、前記拡散層、前記第1シード層、前記密着層を除去する工程と
を含み、
前記第1金属は、前記第2金属よりもイオン化傾向が小さい金属である、配線基板の製造方法。
Although the wiring substrate, the electronic device, and the method for manufacturing the wiring substrate of the exemplary embodiment of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments. Various modifications and variations are possible without departing from the scope of the claims.
Further, the following appendices will be disclosed regarding the above embodiment.
(Supplementary Note 1)
A substrate made of insulating material or semiconductor material,
An adhesion layer disposed over the substrate;
A first metal first seed layer disposed on the adhesion layer and capable of being formed as a seed layer;
A second seed layer made of an alloy of a wiring metal and a second metal having a larger ionization tendency than the wiring metal, disposed on the first seed layer;
A wiring layer made of the metal for wiring, which is disposed to overlap the second seed layer;
The wiring substrate, wherein the first metal is a metal having a smaller ionization tendency than the second metal.
(Supplementary Note 2)
The wiring substrate according to claim 1, wherein the first metal is a metal selectively etchable with the wiring metal.
(Supplementary Note 3)
The wiring substrate according to any one of Appendices 1 or 2, wherein the first metal is nickel, niobium, aluminum, tungsten, an alloy of nickel and chromium, or niobium nitride.
(Supplementary Note 4)
The above-mentioned second metal is gold, the above-mentioned alloy is an alloy of the above-mentioned wiring metal and gold, or the above-mentioned second metal is platinum, and the above-mentioned alloy is an alloy of the above-mentioned wiring metal and platinum. 3. The wiring board according to any one of 1 to 3.
(Supplementary Note 5)
The wiring substrate according to any one of claims 1 to 4, further comprising a protective layer covering the adhesion layer, the first seed layer, the second seed layer, and the wiring layer on the substrate.
(Supplementary Note 6)
The wiring substrate according to any one of the above 1 to 5, further comprising a metal cap layer covering the side surface and the top surface of the wiring layer.
(Appendix 7)
A wiring board,
A semiconductor element connected to the wiring substrate;
An electronic device comprising: a bump electrically connecting the wiring substrate and the semiconductor element;
The wiring board is
A substrate made of insulating material or semiconductor material,
An adhesion layer disposed over the substrate;
A first metal first seed layer disposed on the adhesion layer and capable of being formed as a seed layer;
A second seed layer made of an alloy of a wiring metal and a second metal having a larger ionization tendency than the wiring metal, disposed on the first seed layer;
A wiring layer made of the metal for wiring, which is disposed to overlap the second seed layer;
The electronic device, wherein the first metal is a metal having a smaller ionization tendency than the second metal.
(Supplementary Note 8)
Forming an adhesive layer on a substrate made of an insulating material or a semiconductor material,
Forming a first metal first seed layer which can be formed as a seed layer on the adhesion layer;
Forming a second metal diffusion layer having a larger ionization tendency than the wiring metal on the first seed layer;
Forming the wiring layer made of the metal for wiring over the diffusion layer;
Forming a second seed layer made of an alloy of the metal for wiring and the second metal in a portion of the diffusion layer below the wiring layer by performing a heat treatment;
Removing the diffusion layer, the first seed layer, and the adhesion layer, which are not located under the wiring layer,
The method for manufacturing a wiring board, wherein the first metal is a metal having a smaller ionization tendency than the second metal.

100、100M 配線基板
110 基板
111 表面
120、120A 密着層
130、130A シード層
140 合金層
140A 拡散金属層
150 配線層
160 樹脂層
170 メタルキャップ層
200 電子装置
210 回路基板
220 バンプ
230 インターポーザ
240 バンプ
250 ICチップ
100, 100M wiring substrate 110 substrate 111 surface 120, 120A adhesion layer 130, 130A seed layer 140 alloy layer 140A diffusion metal layer 150 wiring layer 160 resin layer 170 metal cap layer 200 electronic device 210 circuit substrate 220 bump 230 interposer 240 bump 250 IC Chip

Claims (6)

絶縁材料製又は半導体材料製の基板と、
前記基板に重ねて配設される密着層と、
前記密着層に重ねて配置され、シード層として形成可能な第1金属製の第1シード層と、
前記第1シード層に重ねて配置され、配線用金属と、前記配線用金属よりも大きなイオン化傾向を有する第2金属との合金製の第2シード層と、
前記第2シード層に重ねて配置される、前記配線用金属製の配線層と
を含み、
前記第1金属は、前記第2金属よりもイオン化傾向が小さい金属である、配線基板。
A substrate made of insulating material or semiconductor material,
An adhesion layer disposed over the substrate;
A first metal first seed layer disposed on the adhesion layer and capable of being formed as a seed layer;
A second seed layer made of an alloy of a wiring metal and a second metal having a larger ionization tendency than the wiring metal, disposed on the first seed layer;
A wiring layer made of the metal for wiring, which is disposed to overlap the second seed layer;
The wiring substrate, wherein the first metal is a metal having a smaller ionization tendency than the second metal.
前記第1金属は、前記配線用金属と選択的にエッチング可能な金属である、請求項1記載の配線基板。   The wiring substrate according to claim 1, wherein the first metal is a metal selectively etchable with the wiring metal. 前記第1金属は、ニッケル、ニオブ、アルミニウム、タングステン、ニッケルとクロムの合金、又は、窒化ニオブである、請求項1又は2記載の配線基板。   The wiring substrate according to claim 1, wherein the first metal is nickel, niobium, aluminum, tungsten, an alloy of nickel and chromium, or niobium nitride. 前記第2金属は金であり、前記合金は前記配線用金属と金の合金である、又は、前記第2金属はプラチナであり、前記合金は前記配線用金属とプラチナの合金である、請求項1乃至3のいずれか一項記載の配線基板。   The second metal is gold, the alloy is an alloy of the wiring metal and gold, or the second metal is platinum, and the alloy is an alloy of the wiring metal and platinum. The wiring board according to any one of 1 to 3. 配線基板と、
前記配線基板に接続されるチップ部品と、
前記配線基板と前記チップ部品とを電気的に接続するバンプと
を含む電子装置であって、
前記配線基板は、
絶縁材料製又は半導体材料製の基板と、
前記基板に重ねて配設される密着層と、
前記密着層に重ねて配置され、シード層として形成可能な第1金属製の第1シード層と、
前記第1シード層に重ねて配置され、配線用金属と、前記配線用金属よりも大きなイオン化傾向を有する第2金属との合金製の第2シード層と、
前記第2シード層に重ねて配置される、前記配線用金属製の配線層と
を有し、
前記第1金属は、前記第2金属よりもイオン化傾向が小さい金属である、電子装置。
A wiring board,
A chip component connected to the wiring substrate;
An electronic device comprising: a bump electrically connecting the wiring board and the chip component;
The wiring board is
A substrate made of insulating material or semiconductor material,
An adhesion layer disposed over the substrate;
A first metal first seed layer disposed on the adhesion layer and capable of being formed as a seed layer;
A second seed layer made of an alloy of a wiring metal and a second metal having a larger ionization tendency than the wiring metal, disposed on the first seed layer;
A wiring layer made of the metal for wiring, which is disposed to overlap the second seed layer;
The electronic device, wherein the first metal is a metal having a smaller ionization tendency than the second metal.
絶縁材料製又は半導体材料製の基板に重ねて密着層を形成する工程と、
シード層として形成可能な第1金属製の第1シード層を前記密着層に重ねて形成する工程と、
配線用金属よりも大きなイオン化傾向を有する第2金属製の拡散層を前記第1シード層に重ねて形成する工程と、
前記拡散層に重ねて前記配線用金属製の配線層を形成する工程と、
加熱処理を行うことにより、前記拡散層のうちの前記配線層の下の部分に、前記配線用金属と前記第2金属との合金製の第2シード層を形成する工程と、
前記配線層の下に位置していない、前記拡散層、前記第1シード層、前記密着層を除去する工程と
を含み、
前記第1金属は、前記第2金属よりもイオン化傾向が小さい金属である、配線基板の製造方法。
Forming an adhesive layer on a substrate made of an insulating material or a semiconductor material,
Forming a first metal first seed layer which can be formed as a seed layer on the adhesion layer;
Forming a second metal diffusion layer having a larger ionization tendency than the wiring metal on the first seed layer;
Forming the wiring layer made of the metal for wiring over the diffusion layer;
Forming a second seed layer made of an alloy of the metal for wiring and the second metal in a portion of the diffusion layer below the wiring layer by performing a heat treatment;
Removing the diffusion layer, the first seed layer, and the adhesion layer, which are not located under the wiring layer,
The method for manufacturing a wiring board, wherein the first metal is a metal having a smaller ionization tendency than the second metal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112259466A (en) * 2019-07-22 2021-01-22 中芯长电半导体(江阴)有限公司 Preparation method of rewiring layer

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