JP2020202342A - Multilayer semiconductor package substrate and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は多層半導体パッケージ基板に関し、特に高密度化、微細化および多層化された配線を有する多層半導体パッケージ基板およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a multilayer semiconductor package substrate, and more particularly to a multilayer semiconductor package substrate having high density, miniaturization, and multilayer wiring, and a method for manufacturing the same.
近年の半導体素子は、更なる高集積化、高密度化の傾向にあり、それに伴い、半導体素子に設けられる入出力用のピンについては、更なる多ピン化、ファインピッチ化の傾向にある。例えば、半導体素子を搭載するための多層半導体パッケージ基板については、このような多ピン化およびファインピッチ化に対応すべく、かつ、半導体素子の電気的特性の向上を図るべく、配線の更なる高密度化、微細化および多層化が強く求められている。 In recent years, semiconductor devices have tended to have higher integration and higher densities, and along with this, input / output pins provided in semiconductor devices have tended to have more pins and finer pitches. For example, for a multilayer semiconductor package substrate for mounting a semiconductor element, the wiring is further increased in order to cope with such multi-pin and fine pitch and to improve the electrical characteristics of the semiconductor element. There is a strong demand for densification, miniaturization and multi-layering.
半導体素子を搭載するための多層半導体パッケージ基板の積層構造は、主として、パターン化された複数の配線層と、各配線層を電気的に隔絶するための複数の絶縁層と、所定の配線層を電気的に接続するための絶縁層を貫通する複数のビアによって構成されている。 The laminated structure of the multilayer semiconductor package substrate for mounting a semiconductor element mainly includes a plurality of patterned wiring layers, a plurality of insulating layers for electrically isolating each wiring layer, and a predetermined wiring layer. It is composed of multiple vias penetrating an insulating layer for electrical connection.
これらのビアの形成には、紫外線レーザ(例えば、UV−YAGレーザ)、炭酸ガスレーザなどを照射してビアホールを形成する方法(特許文献1)が用いられているが、近年における多層半導体パッケージ基板の高性能化に応じるため、より微細なビアホールを安定して形成することが求められている。このようなことから、絶縁層に感光性絶縁樹脂を用いてフォトリソグラフィによりビアホールを形成する方法(特許文献2)が提案されている。 A method of forming via holes by irradiating an ultraviolet laser (for example, UV-YAG laser), a carbon dioxide gas laser, or the like is used for forming these vias (Patent Document 1), but in recent years, a multilayer semiconductor package substrate has been used. In order to meet higher performance, it is required to stably form finer via holes. For this reason, a method of forming via holes by photolithography using a photosensitive insulating resin in the insulating layer has been proposed (Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、微細なビアホールを安定して形成することが困難であり、今後の更なるファインピッチ化などへの対応は難しいと考えられる。また、特許文献2に記載の技術では、感光性絶縁樹脂が含有する感光剤が絶縁性に悪影響を及ぼす懸念があり、更にファインピッチ化が進んだ場合は良好な絶縁性を得る事が困難になると考えられる。
However, with the technique described in
本発明は、上記の事情に鑑み、配線の微細化とファインピッチ化に伴う絶縁性の低下を回避し、ビアホールの微細化に対応可能な半導体パッケージ基板およびその製造方法を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a semiconductor package substrate and a method for manufacturing the same, which can avoid the deterioration of the insulating property due to the miniaturization of wiring and the fine pitch, and can cope with the miniaturization of via holes. To do.
上記の課題を解決する手段として、本発明の請求項1に記載の発明は、配線層と絶縁層が交互に積層され、絶縁層に備えられたビアを介して上層と下層の配線層が接続された多層配線層を備えた多層半導体パッケージ基板において、
配線層は、同じ配線層の隣接する配線において、少なくともいずれか一方の配線と絶縁層との間の少なくとも一部に空隙が形成されており、
絶縁層は、感光性絶縁樹脂を光硬化させた樹脂層である。
As a means for solving the above problems, in the invention according to
In the wiring layer, gaps are formed in at least a part between at least one of the wirings and the insulating layer in the adjacent wirings of the same wiring layer.
The insulating layer is a resin layer obtained by photocuring a photosensitive insulating resin.
また、請求項2に記載の発明は、配線層と絶縁層が交互に積層され、絶縁層に備えられたビアを介して上層と下層の配線層が接続された多層配線層を備えた多層半導体パッケージ基板において、
配線層は、
隣接する上層の配線層と下層の配線層の配線において、上層の配線層と下層の配線層の対向する面の少なくともいずれか一方の面と絶縁層との間の少なくとも一部に空隙が形成されており、
絶縁層は、感光性絶縁樹脂を光硬化させた樹脂層であり、
ビアは、フォトビアであることを特徴とする多層半導体パッケージ基板である。
The invention according to
The wiring layer is
In the wiring of the adjacent upper wiring layer and lower wiring layer, a gap is formed in at least a part between at least one surface of the upper wiring layer and the opposite surface of the lower wiring layer and the insulating layer. Wiring
The insulating layer is a resin layer obtained by photocuring a photosensitive insulating resin.
The via is a multilayer semiconductor package substrate characterized by being a photo via.
また、請求項3に記載の発明は、前記配線層は銅からなることを特徴とする請求項1または2に記載の多層半導体パッケージ基板である。
The invention according to
また、請求項4に記載の発明は、前記空隙に面する前記配線層の表面には少なくとも酸化銅被膜が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の多層半導体パッケージ基板である。
The invention according to
また、請求項5に記載の発明は、前記感光性絶縁樹脂の感光剤がナフトキノンジアジドと光ラジカル発生剤と光塩基発生剤から選ばれるいずれか1つ以上を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の多層半導体パッケージ基板である。
The invention according to
また、請求項6に記載の発明は、銅配線層と絶縁層が交互に積層され、絶縁層に備えられたフォトビアを介して上層と下層の銅配線層が接続された多層配線層を備えた多層半導体パッケージ基板の製造方法であって、
絶縁層によって絶縁された一対の、銅配線層間または銅配線間に、高温高湿環境下で電圧を印加することにより、陽極側の銅配線層または銅配線の周囲に水酸化銅被膜を形成する工程と、
水酸化銅被膜が形成された基板を加熱乾燥することにより、水酸化銅被膜を酸化銅被膜に変化させる工程と、を備えていることを特徴とする多層半導体パッケージ基板の製造方法である。
Further, the invention according to
A copper hydroxide coating is formed around the copper wiring layer on the anode side or the copper wiring by applying a voltage in a high temperature and high humidity environment between a pair of copper wiring layers or copper wirings insulated by the insulating layer. Process and
A method for manufacturing a multilayer semiconductor package substrate, which comprises a step of changing a copper hydroxide film into a copper oxide film by heating and drying a substrate on which a copper hydroxide film is formed.
また、請求項7に記載の発明は、前記電圧印加時の電圧が1.3V以上であり、前記加熱乾燥時の基板の温度が60℃〜90℃である、そのいずれか一方または両方の処理条件を適用することを特徴とする請求項6に記載の多層半導体パッケージ基板の製造方法である。
The invention according to
本発明の、配線層と絶縁層が交互に積層され、絶縁層に備えられたビアを介して上層と下層の配線層が接続された多層配線層を備えた多層半導体パッケージ基板によれば、同じ配線層の隣接する配線においては、いずれか一方の配線と絶縁層との間に空隙が形成されている。または、隣接する異なる配線層の配線においては、いずれか一方の配線層の配線の上面または下面と絶縁層との間に空隙が形成されている。その為、絶縁層として絶縁性に不利な感光性絶縁樹脂を使用しても、配線層間または配線間に空隙が形成されている事により、配線の微細化とファインピッチ化が進んでも、良好な絶縁性を備えることができる。また、絶縁層の形成に感光性絶縁樹脂を使用している為、フォトビアが可能であるため、レーザービアより微細化に対応可能である。 According to the multilayer semiconductor package substrate of the present invention, which includes a multilayer wiring layer in which wiring layers and insulating layers are alternately laminated and the upper and lower wiring layers are connected via vias provided in the insulating layer, the same. In the wiring adjacent to the wiring layer, a gap is formed between one of the wirings and the insulating layer. Alternatively, in the wiring of different adjacent wiring layers, a gap is formed between the upper surface or the lower surface of the wiring of either wiring layer and the insulating layer. Therefore, even if a photosensitive insulating resin having a disadvantage in insulating properties is used as the insulating layer, it is good even if the wiring is made finer and finer in pitch due to the formation of gaps between the wiring layers or between the wirings. Insulation can be provided. Further, since a photosensitive insulating resin is used to form the insulating layer, photo vias are possible, so that miniaturization can be achieved compared to laser vias.
また、本発明の多層半導体パッケージ基板の製造方法によれば、配線層の材料として銅を使用しており、また、絶縁層によって絶縁された銅配線層間または銅配線間に、高温高
湿環境下で電圧を印加することにより、陽極側の銅配線層または銅配線の周囲に水酸化銅被膜を形成する工程と、水酸化銅被膜が形成された基板を加熱乾燥することにより、水酸化銅被膜を酸化銅被膜に変化させる工程と、を備えている。その為、銅配線層または銅配線の陽極側の銅の表面に水酸化銅の被膜が形成された後、加熱乾燥する事により、水酸化銅が酸化銅に変化する際に、被膜の体積が減少する。その事により、銅配線層または銅配線と絶縁層の間に空隙が形成される。その空隙の形成により、絶縁性に劣る感光性絶縁樹脂を絶縁層に使用しても、良好な絶縁性を確保する事が可能である。
Further, according to the method for manufacturing a multilayer semiconductor package substrate of the present invention, copper is used as the material of the wiring layer, and in a high temperature and high humidity environment between the copper wiring layers or between the copper wirings insulated by the insulating layer. By applying a voltage in the above, a step of forming a copper hydroxide film around the copper wiring layer or the copper wiring on the anode side, and by heating and drying the substrate on which the copper hydroxide film is formed, the copper hydroxide film is formed. It is provided with a step of changing to a copper oxide film. Therefore, after a copper hydroxide coating is formed on the copper wiring layer or the copper surface on the anode side of the copper wiring, the volume of the coating becomes larger when the copper hydroxide changes to copper oxide by heating and drying. Decrease. As a result, a gap is formed between the copper wiring layer or the copper wiring and the insulating layer. Due to the formation of the voids, good insulating properties can be ensured even if a photosensitive insulating resin having inferior insulating properties is used for the insulating layer.
本発明の多層半導体パッケージ基板とその製造方法について説明する。 The multilayer semiconductor package substrate of the present invention and the manufacturing method thereof will be described.
<多層半導体パッケージ基板>
本発明の半導体パッケージ基板は、配線層と絶縁層が交互に積層され、絶縁層に備えられたビアを介して上層と下層の配線層が接続された多層配線層を備えた多層半導体パッケージ基板である。
<Multilayer semiconductor package substrate>
The semiconductor package substrate of the present invention is a multilayer semiconductor package substrate having a multilayer wiring layer in which wiring layers and insulating layers are alternately laminated and the upper and lower wiring layers are connected via vias provided in the insulating layer. is there.
本発明の半導体パッケージ基板においては、配線層は、同じ配線層の隣接する配線において、少なくともいずれか一方の配線と絶縁層との間の少なくとも一部に空隙が形成されている。この空隙により、配線の微細化やファインピッチ化が進行し、隣接する配線同士が近接しても、配線間の絶縁性を良好に保持することができる。 In the semiconductor package substrate of the present invention, the wiring layer has voids formed in at least a part between at least one of the wirings and the insulating layer in the adjacent wirings of the same wiring layer. Due to this gap, the wiring becomes finer and the pitch becomes finer, and even if the adjacent wirings are close to each other, the insulation between the wirings can be well maintained.
または、隣接する上層の配線層と下層の配線層の配線において、上層の配線層と下層の配線層の対向する面の少なくともいずれか一方の面と絶縁層との間の少なくとも一部に空隙が形成されている。この空隙により、絶縁層が薄くなっても、上層と下層の配線層間の絶縁性を良好に保持することができる。 Alternatively, in the wiring of the adjacent upper wiring layer and the lower wiring layer, there is a gap in at least a part between at least one surface of the upper wiring layer and the opposite surface of the lower wiring layer and the insulating layer. It is formed. Due to this gap, even if the insulating layer becomes thin, the insulating property between the wiring layers of the upper layer and the lower layer can be well maintained.
上述した様に、同一の配線層における配線と絶縁層の間に空隙が備えられていると同時に、上層と下層の配線層の配線と絶縁層の間にも空隙が備えられていても良い。 As described above, a gap may be provided between the wiring and the insulating layer in the same wiring layer, and at the same time, a gap may be provided between the wiring and the insulating layer of the upper and lower wiring layers.
また、絶縁層は、感光性絶縁樹脂を光硬化させた樹脂層により構成されている。その為、ビアは、感光性絶縁樹脂を使用したフォトビアとすることができる。フォトビアは、レーザービアより微細化への対応性に優れている。 Further, the insulating layer is composed of a resin layer obtained by photocuring a photosensitive insulating resin. Therefore, the via can be a photo via using a photosensitive insulating resin. Photo vias are more compatible with miniaturization than laser vias.
また、配線層を構成する材料は銅である事が好ましい。銅を使用する事により、高温高湿環境下で、1.3V以上の電圧を印加した場合、陽極側にされた銅の表面には水酸化銅がその周囲に形成される。そして、その水酸化銅は、60℃〜90℃の加熱により酸化銅に変化する。その際、体積が減少する為、配線層とそれに接していた絶縁層の間に空隙が
形成される。この様にして、陽極側にした配線層の配線の表面には酸化銅被膜が形成される。ただし、チタン薄膜などのバリア層を予め銅配線の表面に形成した場合は、その部分には水酸化銅被膜は形成されない為、空隙も形成されない。
Further, the material constituting the wiring layer is preferably copper. By using copper, when a voltage of 1.3 V or more is applied in a high temperature and high humidity environment, copper hydroxide is formed around the surface of the copper on the anode side. Then, the copper hydroxide is changed to copper oxide by heating at 60 ° C. to 90 ° C. At that time, since the volume is reduced, a gap is formed between the wiring layer and the insulating layer in contact with the wiring layer. In this way, a copper oxide film is formed on the surface of the wiring of the wiring layer on the anode side. However, when a barrier layer such as a titanium thin film is formed on the surface of the copper wiring in advance, no copper hydroxide film is formed on that portion, so no voids are formed.
<多層半導体パッケージ基板の製造方法>
本発明の多層半導体パッケージ基板の製造方法は、銅配線層と絶縁層が交互に積層され、絶縁層に備えられたフォトビアを介して上層と下層の銅配線層が接続された多層配線層を備えた多層半導体パッケージ基板の製造方法である。
<Manufacturing method of multilayer semiconductor package substrate>
The method for manufacturing a multilayer semiconductor package substrate of the present invention includes a multilayer wiring layer in which copper wiring layers and insulating layers are alternately laminated, and upper and lower copper wiring layers are connected via a photovia provided in the insulating layer. This is a method for manufacturing a multilayer semiconductor package substrate.
本発明の多層半導体パッケージ基板の製造方法は、絶縁層によって絶縁された一対の、銅配線層間または銅配線間に、高温高湿環境下で電圧を印加することにより、陽極側の銅配線層または銅配線の周囲に水酸化銅被膜を形成する工程と、水酸化銅被膜が形成された基板を加熱乾燥することにより、水酸化銅被膜を酸化銅被膜に変化させる工程と、を備えていることが特徴である。電圧印加時の電圧が、水酸化銅(Cu(OH)2)が形成される1.3V以上であることが望ましく、加熱乾燥時の基板の温度が、水酸化銅(Cu(OH)2)が酸化銅(CuO)に変化する温度に相当する、60℃〜90℃である事が望ましい。 In the method for manufacturing a multilayer semiconductor package substrate of the present invention, a copper wiring layer on the anode side or a copper wiring layer on the anode side is formed by applying a voltage between a pair of copper wiring layers or copper wirings insulated by an insulating layer in a high temperature and high humidity environment. It is provided with a step of forming a copper hydroxide film around the copper wiring and a step of changing the copper hydroxide film into a copper oxide film by heating and drying the substrate on which the copper hydroxide film is formed. Is a feature. It is desirable that the voltage when the voltage is applied is 1.3 V or more at which copper hydroxide (Cu (OH) 2 ) is formed, and the temperature of the substrate during heat drying is copper hydroxide (Cu (OH) 2 ). It is desirable that the temperature is 60 ° C. to 90 ° C., which corresponds to the temperature at which is changed to copper oxide (CuO).
以下に、本発明に係る実施の形態を、図1〜図6を参照して更に詳しく説明する。
図1(a)は、特許文献2の方法にて作製した多層半導体パッケージ基板における配線の一部の断面模式図である。なお、配線には銅(銅配線2)、絶縁層1を形成する感光性絶縁樹脂の感光剤にはナフトキノンジアジドを用いることができる。但し、感光性絶縁樹脂の感光剤は、光酸発生剤単独ではなく、ナフトキノンジアジド、光ラジカル発生剤および光塩基発生剤から選ばれるひとつあるいは複数を含有した物であれば良い。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 6.
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a part of the wiring in the multilayer semiconductor package substrate produced by the method of
次に、図1(b)に示す様に、前記多層半導体パッケージ基板における隣接する銅配線2間に高温多湿下で電圧を印加する。具体的には、本処理は温度130℃、湿度85%、電圧3.3V、200時間で実施することにより可能であるが、これに限定されるものではなく、銅配線2の表面に水酸化銅3被膜を形成できる電圧1.3V以上であり、所望の厚さに形成できる時間で実施すれば良い。この様にして、陽極にあたる銅配線2の周囲に水酸化銅3の被膜が形成される。
Next, as shown in FIG. 1B, a voltage is applied between the
次に、前記高温多湿下で電圧をかけた多層半導体パッケージ基板を取り出し、乾燥させることにより、水酸化銅を酸化銅に変えることができる。具体的には、多層半導体パッケージ基板に付着した水滴を拭き取り、80℃のオーブンにて実施することができるが、これに限定されるものではない。60℃〜90℃であれば良い。図1(c)に示す様に、この処理により、銅配線2の周囲に形成された水酸化銅3の被膜が酸化銅4に変化し、これに伴い前記の水酸化銅3の被膜がシュリンクし、体積が減少することにより酸化銅4と絶縁層1の間に空隙5が形成される。
Next, copper hydroxide can be converted to copper oxide by taking out the multilayer semiconductor package substrate to which a voltage is applied under the high temperature and humidity and drying it. Specifically, the water droplets adhering to the multilayer semiconductor package substrate can be wiped off and carried out in an oven at 80 ° C., but the present invention is not limited to this. It may be 60 ° C. to 90 ° C. As shown in FIG. 1 (c), by this treatment, the coating film of
次に、図2(a)は、図1(a)の銅配線2の下面と側面にバリアメタル6を形成した場合の多層半導体パッケージ基板の上に、バリアメタル6が同様に形成された銅配線2が絶縁層1を介して積層してある場合を例示している。なお、バリアメタルにはチタン、絶縁層を形成する感光性絶縁樹脂の感光剤にはナフトキノンジアジドを用いることができる。但し、感光性絶縁樹脂の感光剤は、光酸発生剤単独ではなく、ナフトキノンジアジド、光ラジカル発生剤および光塩基発生剤から選ばれるひとつあるいは複数を含有した物であれば良い。また、バリアメタル6にチタン以外を用いても良い。
Next, FIG. 2A shows copper in which the
次に、図2(b)に示す様に、前記多層半導体パッケージ基板における上層の銅配線2と下層の銅配線2´間に、高温多湿下で、下層の銅配線2´が陽極となる様に電圧をかけ
た。なお、本処理は温度130℃、湿度85%、電圧3.3V、200時間で実施することができるが、これに限定されるものではなく、銅配線2の表面に水酸化銅3被膜を形成できる電圧1.3V以上であり、所望の厚さに形成できる時間で実施すれば良い。この様にして、陽極にあたる下層の銅配線2´の上部(バリアメタルで被覆されていない部分)に水酸化銅3の被膜が形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, the lower copper wiring 2'is an anode between the
次に、前記高温多湿下で電圧をかけた多層半導体パッケージ基板を取り出し、乾燥させることにより、水酸化銅3を酸化銅に変えることができる。具体的には、乾燥は、多層半導体パッケージ基板に付着した水滴を拭き取り、80℃のオーブンにて実施することができるが、これに限定されるものではない。60℃〜90℃であれば良い。図2(c)に示す様に、この処理により、下層の銅配線2´の上部に形成された水酸化銅3被膜が酸化銅4に変化し、これに伴い水酸化銅3被膜がシュリンクし、体積が減少することにより銅配線2´/絶縁層1間に空隙5が形成される。
Next, the
次に、図3(a)は、セミアディティブ工法にて作製した多層半導体パッケージ基板における配線の一部の断面模式図である。なお、配線には銅(銅配線2)、絶縁層1を形成する感光性絶縁樹脂の感光剤にはナフトキノンジアジドを用いた。但し、感光性絶縁樹脂の感光剤は、光酸発生剤単独ではなく、ナフトキノンジアジド、光ラジカル発生剤および光塩基発生剤から選ばれるひとつあるいは複数を含有した物であれば良い。
Next, FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of a part of the wiring in the multilayer semiconductor package substrate manufactured by the semi-additive method. Copper (copper wiring 2) was used for the wiring, and naphthoquinone diazide was used as the photosensitizer of the photosensitive insulating resin forming the insulating
次に、図3(b)に示す様に、前記多層半導体パッケージ基板における隣接する銅配線2間に高温多湿下で電圧を印加する。具体的には、本処理は、温度130℃、湿度85%、電圧3.3V、200時間で実施することにより可能であるが、これに限定されるものではない。銅配線2の表面に水酸化銅3被膜を形成できる電圧1.3V以上であり、所望の厚さに形成できる時間で実施すれば良い。この処理により、陽極にあたる銅配線2の周囲に水酸化銅3の被膜が形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, a voltage is applied between the
次に、前記高温多湿下で電圧をかけた多層半導体パッケージ基板を取り出し、乾燥させることにより水酸化銅を酸化銅に変えることができる。具体的には、乾燥方法は、多層半導体パッケージ基板に付着した水滴を拭き取り、80℃のオーブンにて実施したが、これに限定されるものではない。60℃〜90℃であれば良い。図3(c)に示す様に、この処理により、陽極にあたる銅配線2の周囲に形成された前記水酸化銅3被膜が酸化銅4に変化し、これに伴い前記水酸化銅3被膜がシュリンクすることにより銅配線2/絶縁層1間に空隙5が形成される。
Next, copper hydroxide can be converted to copper oxide by taking out the multilayer semiconductor package substrate to which a voltage is applied under the high temperature and humidity and drying it. Specifically, the drying method is carried out in an oven at 80 ° C. by wiping off water droplets adhering to the multilayer semiconductor package substrate, but the drying method is not limited to this. It may be 60 ° C. to 90 ° C. As shown in FIG. 3C, by this treatment, the
次に、図4(a)は、図3(a)の配線の下面にバリアメタル6を形成した場合の多層半導体パッケージ基板における配線の一部の断面模式図である。なお、配線には銅(銅配線2)、バリアメタル6にはチタン、絶縁層1を形成する感光性絶縁樹脂の感光剤にはナフトキノンジアジドを用いることができる。但し、感光性絶縁樹脂の感光剤は、光酸発生剤単独ではなく、ナフトキノンジアジド、光ラジカル発生剤および光塩基発生剤から選ばれるひとつあるいは複数を含有した物であれば良い。また、バリアメタル6にチタン以外を用いても良い。
Next, FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a part of the wiring in the multilayer semiconductor package substrate when the
次に、図4(b)に示す様に、前記多層半導体パッケージ基板における隣接する銅配線2間に高温多湿下で電圧を印加する。具体的には、本処理は、温度130℃、湿度85%、電圧3.3V、200時間で実施することができるが、これに限定されるものではない。銅配線2の表面に水酸化銅3被膜を形成できる電圧1.3V以上であり、所望の厚さに形成できる時間で実施すれば良い。この処理により、陽極にあたる銅配線2のバリアメタル6を形成した以外の周囲に水酸化銅3の被膜が形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, a voltage is applied between the
次に、前記高温多湿下で電圧をかけた多層半導体パッケージ基板を取り出し、乾燥させる事により、水酸化銅を酸化銅に変化させることができる。具体的には、乾燥方法は、多層半導体パッケージ基板に付着した水滴を拭き取り、80℃のオーブンにて実施する事ができるが、これに限定されるものではない。60℃〜90℃であれば良い。図4(c)に示す様に、この処理により、銅配線2の周囲に形成された前記水酸化銅3被膜が酸化銅4に変化し、これに伴い前記水酸化銅3被膜がシュリンクし、体積が縮小することにより、銅配線2/絶縁層1間で空隙5が形成される。
Next, copper hydroxide can be changed to copper oxide by taking out the multilayer semiconductor package substrate to which a voltage is applied under the high temperature and humidity and drying it. Specifically, the drying method can be carried out in an oven at 80 ° C. by wiping off water droplets adhering to the multilayer semiconductor package substrate, but the drying method is not limited to this. It may be 60 ° C. to 90 ° C. As shown in FIG. 4 (c), by this treatment, the
次に、図6(a)は、基板にガラスを用いた多層配線回路モジュールの最下層の配線の一部の断面模式図である。なお、配線には銅(銅配線2)、バリアメタル6にはチタン、絶縁層1を形成する感光性絶縁樹脂の感光剤にはナフトキノンジアジドを用いることができる。但し、感光性絶縁樹脂の感光剤は、光酸発生剤単独ではなく、ナフトキノンジアジド、光ラジカル発生剤および光塩基発生剤から選ばれるひとつあるいは複数を含有した物であれば良い。また、バリアメタル6にチタン以外を用いても良く、基板にガラス以外を用いても良い。
Next, FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of a part of the wiring of the lowermost layer of the multilayer wiring circuit module using glass as the substrate. Copper (copper wiring 2) can be used for wiring, titanium can be used for the
次に、図6(b)に示す様に、前記多層半導体パッケージ基板における隣接する銅配線2間に高温多湿下で電圧を印加する。具体的には、本処理は、温度130℃、湿度85%、電圧3.3V、200時間で実施することができるが、これに限定されるものではない。銅配線2の表面に水酸化銅3被膜を形成できる電圧1.3V以上であり、所望の厚さに形成できる時間で実施すれば良い。この処理により、陽極にあたる銅配線2の周囲に水酸化銅3の被膜が形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, a voltage is applied between the
次に、前記高温多湿下で電圧をかけた多層半導体パッケージ基板を取り出し、乾燥させることにより、水酸化銅を酸化銅に変えることができる。具体的には、乾燥方法は、多層半導体パッケージ基板に付着した水滴を拭き取り、80℃のオーブンにて実施することができるが、これに限定されるものではない。60℃〜90℃であれば良い。図6(g)に示す様に、この処理により、配線の周囲に形成された前記水酸化銅3被膜が酸化銅4に変化し、これに伴い水酸化銅3被膜がシュリンクし、体積が減少することにより銅配線2/絶縁層1間に空隙5が形成される。
Next, copper hydroxide can be converted to copper oxide by taking out the multilayer semiconductor package substrate to which a voltage is applied under the high temperature and humidity and drying it. Specifically, the drying method can be carried out in an oven at 80 ° C. by wiping off water droplets adhering to the multilayer semiconductor package substrate, but the drying method is not limited thereto. It may be 60 ° C. to 90 ° C. As shown in FIG. 6 (g), by this treatment, the
本実施形態に係る発明は、以下の効果を奏する。
多層半導体パッケージ基板における絶縁層1に、感光性絶縁樹脂を用いることにより微細なビアホールが形成可能である。一方、非感光性絶縁樹脂に比べて絶縁性に劣る感光性絶縁樹脂であっても、銅配線2と絶縁層1との間に空隙5を形成することにより、銅配線2間の絶縁性が良好となり、この効果により、配線の微細化やファインピッチ化が進んでも、銅配線2間の絶縁性の低下を回避可能である。また、絶縁層1が薄くなっても、同様にして、上層と下層の配線層の対向する面の、少なくともいずれか一方に空隙を形成する事により、同様の効果を発揮する事ができる。
The invention according to the present embodiment has the following effects.
Fine via holes can be formed by using a photosensitive insulating resin in the insulating
以下に図5および図6を用いて、本発明に関する実施例を説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below with reference to FIGS. 5 and 6, but the present invention is not limited to these examples.
図5(a)は、ガラス基板7上にシード層としてチタン膜のバリアメタル6と銅のスパッタ膜8をこの順番で成膜した断面模式図である。なお、チタン膜の膜厚は50nm、銅のスパッタ膜の膜厚は200nm、となる様に成膜した。
FIG. 5A is a schematic cross-sectional view in which a titanium
その後、図5(b)に示すように、フォトレジストを銅のスパッタ膜8上に塗布し、配線の逆パターンであるフォトレジストパターン9をフォトリソグラフィにより形成した。
なお、フォトレジストの膜厚は5μmで塗膜し、露光および現像を施してパターン形成を実施した。
Then, as shown in FIG. 5B, a photoresist was applied onto the copper sputtered
The photoresist film thickness was 5 μm, and the photoresist was exposed and developed to form a pattern.
その後、図5(c)に示すように、セミアディティブ法により、銅のスパッタ膜8上に電解銅めっきを3μm厚で形成した。
Then, as shown in FIG. 5C, electrolytic copper plating was formed on the
その後、図5(d)に示すように、フォトレジストパターン9および不要部分のシード層を除去することにより、銅配線2を形成した。なお、最も微細な配線部のL&S(ライン/スペース)値は、2μm/2μmとすることが可能であった。
Then, as shown in FIG. 5 (d), the
その後、図6(a)に示すように、感光性絶縁樹脂を塗布し、フォトリソグラフィにより、層間接続用の配線端子部(図示省略)を開口させた絶縁層1を形成し、配線基板を完成させた。なお、感光性絶縁樹脂の感光剤にはナフトキノンジアジドを用いており、絶縁層1の膜厚は、5μmで形成した。
After that, as shown in FIG. 6A, a photosensitive insulating resin is applied, and an insulating
その後、図6(b)に示すように、前記配線基板の配線端子部(図示省略)より隣接する配線間に高温多湿下で電圧を印加した。具体的には、本処理は、温度130℃、湿度85%、電圧3.3Vで200時間実施した。この処理により、陽極にあたる配線の周囲に水酸化銅3の被膜が形成された。
Then, as shown in FIG. 6B, a voltage was applied between the wirings adjacent to the wiring terminal portion (not shown) of the wiring board under high temperature and high humidity. Specifically, this treatment was carried out at a temperature of 130 ° C., a humidity of 85%, and a voltage of 3.3 V for 200 hours. By this treatment, a coating film of
その後、図6(c)に示すように、高温多湿下で電圧をかけた前記配線基板を取り出し、水滴を拭き取った後、80℃のオーブンにて乾燥させた。この処理により、銅配線2の周囲に形成された前記水酸化銅3被膜が酸化銅4に変化し、これに伴い水酸化銅3被膜がシュリンクし、体積が減少することにより銅配線2/絶縁層1間で空隙5が形成された。
Then, as shown in FIG. 6C, the wiring board to which a voltage was applied under high temperature and high humidity was taken out, water droplets were wiped off, and then dried in an oven at 80 ° C. By this treatment, the
電子顕微鏡観察により、陽極にあたる銅配線2線と絶縁層1の間に空隙5が確認でき、銅配線2間の絶縁抵抗値を計測したところ、良好な絶縁性が得られていることを確認した。
By electron microscope observation, a
同様にして、図2(c)に例示した様に、下層の銅配線2´についても同様にバリアメタル6が形成されていない部分に、空隙5を形成することができた。
この様にして、絶縁層によって絶縁された隣接する銅配線のいずれか一方に、銅配線と絶縁層の間に空隙を形成することができた。その様にして空隙が形成されることにより、空隙が形成されていない場合より、良好な絶縁性が得られることが確認された。
Similarly, as illustrated in FIG. 2C, the
In this way, it was possible to form a gap between the copper wiring and the insulating layer in one of the adjacent copper wirings insulated by the insulating layer. It was confirmed that by forming the voids in this way, better insulating properties can be obtained than in the case where the voids are not formed.
本発明によれば、多層半導体パッケージ基板における絶縁層に、感光性絶縁樹脂を用いることにより微細なビアホールが形成可能であり、非感光性絶縁樹脂に比べて絶縁性に劣る感光性絶縁樹脂であっても、配線と絶縁層との間に空隙を形成することにより、配線間の絶縁性が良好となり、これら効果により、配線間の絶縁性を維持しつつ、微細なビアホールが形成可能な多層半導体パッケージ基板及びその製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, by using a photosensitive insulating resin in the insulating layer of the multilayer semiconductor package substrate, fine via holes can be formed, and the photosensitive insulating resin is inferior in insulating property to the non-photosensitive insulating resin. However, by forming a gap between the wiring and the insulating layer, the insulation between the wiring is improved, and due to these effects, a multilayer semiconductor capable of forming fine via holes while maintaining the insulation between the wiring. It becomes possible to provide a package substrate and a method for manufacturing the same.
1・・・絶縁層
2・・・配線層または銅配線層
3・・・水酸化銅
4・・・酸化銅
5・・・空隙
6・・・バリアメタル
7・・・ガラス基板
8・・・銅(の)スパッタ膜
9・・・フォトレジストパターン
1 ...
Claims (7)
配線層は、同じ配線層の隣接する配線において、少なくともいずれか一方の配線と絶縁層との間の少なくとも一部に空隙が形成されており、
絶縁層は、感光性絶縁樹脂を光硬化させた樹脂層であることを特徴とする多層半導体パッケージ基板。 In a multilayer semiconductor package substrate having a multilayer wiring layer in which wiring layers and insulating layers are alternately laminated and upper and lower wiring layers are connected via vias provided in the insulating layer.
In the wiring layer, gaps are formed in at least a part between at least one of the wirings and the insulating layer in the adjacent wirings of the same wiring layer.
The insulating layer is a multilayer semiconductor package substrate characterized by being a resin layer obtained by photocuring a photosensitive insulating resin.
配線層は、
隣接する上層の配線層と下層の配線層の配線において、上層の配線層と下層の配線層の対向する面の少なくともいずれか一方の面と絶縁層との間の少なくとも一部に空隙が形成されており、
絶縁層は、感光性絶縁樹脂を光硬化させた樹脂層であり、
ビアは、フォトビアであることを特徴とする多層半導体パッケージ基板。 In a multilayer semiconductor package substrate having a multilayer wiring layer in which wiring layers and insulating layers are alternately laminated and upper and lower wiring layers are connected via vias provided in the insulating layer.
The wiring layer is
In the wiring of the adjacent upper wiring layer and lower wiring layer, a gap is formed in at least a part between at least one surface of the upper wiring layer and the opposite surface of the lower wiring layer and the insulating layer. Wiring
The insulating layer is a resin layer obtained by photocuring a photosensitive insulating resin.
The via is a multilayer semiconductor package substrate characterized by being a photo via.
絶縁層によって絶縁された一対の、銅配線層間または銅配線間に、高温高湿環境下で電圧を印加することにより、陽極側の銅配線層または銅配線の周囲に水酸化銅被膜を形成する工程と、
水酸化銅被膜が形成された基板を加熱乾燥することにより、水酸化銅被膜を酸化銅被膜に変化させる工程と、を備えていることを特徴とする多層半導体パッケージ基板の製造方法。 A method for manufacturing a multilayer semiconductor package substrate having a multilayer wiring layer in which copper wiring layers and insulating layers are alternately laminated and an upper layer and a lower copper wiring layer are connected via a photovia provided in the insulating layer.
A copper hydroxide coating is formed around the copper wiring layer on the anode side or the copper wiring by applying a voltage in a high temperature and high humidity environment between a pair of copper wiring layers or copper wirings insulated by the insulating layer. Process and
A method for manufacturing a multilayer semiconductor package substrate, which comprises a step of changing a copper hydroxide film into a copper oxide film by heating and drying a substrate on which a copper hydroxide film is formed.
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