JP2021150306A - 配線基板及び配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支持基板の上に微細な導体層を形成しＦＣ−ＢＧＡ基板に搭載する方式において、加熱時の基板の反りや、導体層内部の応力に対して配線部の接続信頼性の高い配線基板及び配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】第１配線基板と、第１配線基板に接合された第１配線基板より微細な配線パターンが形成された第２配線基板とを備え、第２配線基板の第１配線基板との接合面の対向面に半導体素子が実装される配線基板において、第２配線基板の配線部の断面構造が同一層の感光性樹脂層より高い凸形状であることを特徴とする配線基板。【選択図】図１２

Description

本発明は、配線基板及び配線基板の製造方法に関する。

近年半導体装置の高速、高集積化が進む中で、ＦＣ−ＢＧＡ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ−Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）用配線基板に対しても、半導体素子との接続端子の狭ピッチ化、基板配線の微細化が求められている。一方、ＦＣ−ＢＧＡ用配線基板とマザーボードとの接続は、従来とほぼ変わらないピッチの接続端子での接続が要求されている。この半導体素子との接続端子の狭ピッチ化、基板配線の微細化のため、シリコン上に配線を形成して半導体素子接続用の基板（シリコンインターポーザ）として、それぞれＦＣ−ＢＧＡ用配線基板に接続する方式が知られている。

また、ＦＣ−ＢＧＡ用配線基板の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、化学機械研磨）等で平坦化してから微細配線を形成する方式が特許文献１に開示されている。また、支持基板の上に微細な配線層を形成しＦＣ−ＢＧＡ用配線基板に搭載した後、支持基板を剥離することで狭ピッチな配線基板を形成する方式が特許文献２に開示されている。

特開２０１４−２２５６７１号公報 国際公開第２０１８／０４７８６１号 特開２０１５−０１２２３７号公報

シリコンインターポーザは、シリコンウェハを利用して、半導体前工程用の設備を用いて製作されている。シリコンウェハは形状、サイズに制限があり、１枚のウェハから製作できるインターポーザの数が少なく、製造設備も高価であるため、インターポーザも高価となる。また、シリコンウェハが半導体であることから、伝送特性も劣化するという問題がある。

また、ＦＣ−ＢＧＡ用配線基板の表面の平坦化を行いその上に微細配線層を形成する方式においては、シリコンインターポーザに見られる伝送特性劣化は小さいが、ＦＣ−ＢＧＡ用配線基板の製造不良と、難易度の高い微細配線形成時の不良との通算で同一基板面内収率が低下する問題や、ＦＣ−ＢＧＡ用配線基板の反り、歪みに起因した半導体素子の実装における問題がある。

一方、支持基板の上に微細な配線層を形成し、これをＦＣ−ＢＧＡ用配線基板に搭載すると、次のような問題があった。微細な配線層を感光性樹脂層にトレンチを形成し配線材料で充填しＣＭＰを使用したダマシン工法で形成する。

この際、ＣＭＰにより配線パターン部や接続ビア部やランド部などからなる配線部を形成すると、金属材料からなる配線部がオーバー研磨され、配線パターン部や接続ビア部やランド部の断面形状が凹形状に仕上がる。

この凹形状のランド部の上に絶縁樹脂層を介して接続ビアを積層形成する際、露光現像
除去すべき感光性樹脂層の厚みが凹みの量だけ厚くなり、開口した感光性樹脂層の接続ビアの樹脂トレンチ部の底に樹脂残差が残り、形成した接続ビア部の導通不良の原因となる問題があった。

また、信頼性試験において、ダマシン工法を用いて配線層を積層形成した下層と上層との感光性樹脂層の界面を介し、隣接する配線の間でマイグレーションが進行し信頼性が低下する問題があった。

そこで本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、配線部の接続信頼性の高い配線基板及び配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

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、第１配線基板と、第１配線基板に接合された第１配線基板より微細な配線が形成された第２配線基板を備え、
前記第２配線基板が、感光性樹脂層に開口した配線パターン部と接続ビア部とランド部とからなる樹脂トレンチ部と、前記樹脂トレンチ部の側面と底面とを被覆したシード密着層とシード層と、前記樹脂トレンチ部の内部を導電性材料で充填した配線部を有し、前記配線部からなる導体層を２層以上 積層形成した構造からなり、
前記配線部の、配線パターン部と接続ビア部とランド部の断面形状が同一層の感光性樹脂層表面より高く凸形状であることを特徴とする配線基板である。

本発明は、この構成により、断線やショートが無い信頼性の高い配線基板を製造することが出来る効果がある。

また、請求項２に記載の発明は、
前記第２配線基板の、配線部と同一層の感光性樹脂層表面の高さと該配線部の凸形状の最上部の高さとの差がＤ値であり、
前記感光性樹脂層表面の上に上層感光性樹脂層を有し、
前記感光性樹脂層と上層感光性樹脂層との界面の高さが、前記配線部の最上部の高さよりＤ値低いことを特徴とする請求項１に記載の配線基板である。

また、請求項３に記載の発明は、前記第２配線基板の配線部の凸形状の同一層の感光性樹脂層表面からの最上部の高さＤ値が１μｍ以下であり、配線部の上面部から樹脂トレンチ端部までの長さＷが１／２＊Ｄ〜１＊Ｄの幅であることを特徴とする配線基板である。

また、請求項４に記載の発明は、第２配線基板は多層配線基板であり、前記多層配線基板の層間を接続するビア配線部は、凸形状、且つ、半導体素子が実装される側の一方面、及び、側面にシード密着層があることを特徴とする配線基板である。

また、請求項５に記載の発明は、導体層は銅を含む層であることを特徴とする配線基板である。

また、請求項６に記載の発明は、シード層は銅を含む層であることを特徴とする配線基板である。

また、請求項７に記載の発明は、シード密着層はチタンを含む層であることを特徴とする配線基板である。

また、請求項８に記載の発明は、第２配線基板の層間絶縁層は感光性の絶縁樹脂であ
ることを特徴とする配線基板である。

また、請求項９に記載の発明は、第２配線基板の導体層の形成方法が、
１）支持体上に、樹脂トレンチ部を有する感光性樹脂層を形成する工程と、
２）前記樹脂トレンチ部と感光性樹脂層上にシード密着層とシード層を設ける工程と、
３）前記シード層上に導電性材料をベタ膜で積層形成する工程と、
４）ベタ膜で形成した導電性材料を、基板の積層表面より化学研磨し、樹脂トレンチ以外の感光性樹脂層表面に積層形成された、不要な導電性材料を研磨除去する工程と、
５）４）にて露出した基板表面のシード密着層とシード層と導電性材料と感光性樹脂層の表面を研磨除去し、樹脂トレンチ内を導電性材料で充填した配線部を有する導体層を形成する工程と、
６）１）から５）を必要層数分繰り返し、導体層を２段以上の積層形成することを特徴とする配線基板の製造方法である。

また、請求項１０に記載の発明は、シード密着層とシード層はスパッタリング法で形成することを特徴とする配線基板の製造方法である。

また、請求項１１に記載の発明は、支持体はガラスであることを特徴とする配線基板の製造方法である。

本発明によれば、支持基板の上に微細な配線層を形成しＦＣ−ＢＧＡ基板に搭載する第２配線基板において、配線層間のビア接続部の電気的接続信頼性と、配線間の絶縁信頼性を向上できるため、断線やショートが無く、配線基板の信頼性を向上させることが可能となる効果がある。

（Ａ）支持体上に剥離層を形成した状態を示す断面図である。（Ｂ）感光性樹脂層を形成した状態を示す断面図である。（Ｃ）シード密着層を形成した状態を示す断面図である。 （Ｄ）シード層を形成した状態を示す断面図である。（Ｅ）導体層を形成した状態を示す断面図である。（Ｆ）表面研磨により導体層及びシード層を研磨した状態を示す断面図である。 （Ｇ）表面研磨によりシード密着層及び感光性樹脂層を研磨し半導体素子との接合用電極を形成した状態を示す断面図である。（Ｈ）接続ビア部の感光性樹脂層を形成した状態を示す断面図である。（Ｉ）接続ビア部と配線パターン部の感光性樹脂層を形成した状態を示す断面図である。 （Ｊ）シード密着層を形成した状態を示す断面図である。（Ｋ）シード層を形成した状態を示す断面図である。（Ｌ）導体層を形成した状態を示す断面図である。 （Ｍ）表面研磨により接続ビア部及び配線パターン部を形成した状態を示す断面図である。 （Ａ）図３（Ｈ）〜図５（Ｍ）を繰り返して多層配線を形成した状態を示す断面図である。（Ｂ）感光性樹脂層を形成した状態を示す断面図である。 （Ｃ）シード密着層を形成した状態を示す断面図である。（Ｄ）シード層を形成した状態を示す断面図である。 （Ｅ）レジストパターンを形成した状態を示す断面図である。（Ｆ）導体層を形成した状態を示す断面図である。 （Ｇ）レジストパターンを除去した状態を示す断面図である。（Ｈ）不要なシード密着層及びシード層をエッチング除去した状態を示す断面図である。 （Ｉ）ソルダーレジスト層を形成した状態を示す断面図である。（Ｊ）表面処理層、はんだ接合部を形成し、支持体上の配線基板が完成した状態を示す断面図である。 （Ａ）支持体上の配線基板とＦＣ−ＢＧＡ基板を接合しアンダーフィル層で封止した状態を示す断面図である。（Ｂ）剥離層にレーザー光を照射する状態を示す断面図である。 （Ｃ）支持体を除去した状態を示す断面図である。（Ｄ）半導体素子を実装した状態を示す断面図である。 本実施形態における図３（Ｈ）のＡ−Ａ′囲い部の拡大詳細断面図である。 比較例における図３（Ｈ）に対応する構造のＡ−Ａ′囲い部の拡大詳細断面図である。 本実施形態における図５（Ｍ）のＢ−Ｂ′囲い部の拡大詳細断面図である。 比較例における図５（Ｍ）に対応する構造のＢ−Ｂ′囲い部の拡大詳細断面図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

図１〜図１６を用いて、本発明の一実施形態に係る支持体１を用いた配線基板の製造工程の一例を説明する。

まず、図１（Ａ）に示すように、支持体１の一方の面に、後の工程で支持体１を剥離するために必要な剥離層２を形成する。

剥離層２は、例えば、ＵＶ光などの光を吸収して発熱、もしくは、変質によって剥離可能となる樹脂でもよく、熱によって発泡により剥離可能となる樹脂でもよい。ＵＶ光などの光、例えばレーザー光１３によって剥離可能となる樹脂を用いる場合、剥離層２を設けた側とは反対側の面から支持体１に光を照射して、支持体上の配線基板１１と、ＦＣ−ＢＧＡ基板１２との接合体から支持体１を取り去る。

剥離層２は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂、マレイミド樹脂、及び、アクリル樹脂などの有機樹脂や、アモルファスシリコン、ガリウムナイトライド、金属酸化物層などの無機層から選ぶことが出来る。さらに剥離層２は光分解促進剤や光吸収剤、増感剤、フィラー等の添加剤を含有してもよい。

さらに剥離層２は複数層で構成されていてもよく、例えば支持体１上に形成される多層導体層の保護を目的として、剥離層２上にさらに保護層を設けることや、支持体１との密着性を向上させる層を剥離層２の下層に設けてもよい。さらに剥離層２と多層導体層との間にレーザー光反射層や金属層を設けてもよく、その構成は本実施形態により限定されない。

支持体１は、支持体１を通じて剥離層２に光を照射させる場合もあるため、透明性を有することが好ましく、例えばガラスを用いることができる。ガラスは平坦性に優れており、また、剛性が高いため、支持体上の配線基板１１の微細なパターン形成に向いている、また、ガラスはＣＴＥ（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ、熱膨張率）が小さく歪みにくいことから、パターン配置精度及び平坦性の確保に優れている。

支持体１としてガラスを用いる場合、ガラスの厚さは、製造プロセスにおける反りの発生を抑制する観点から厚い方が望ましく、例えば０．７ｍｍ以上、好ましくは１．１ｍｍ以上の厚みである。また、ガラスのＣＴＥは３ｐｐｍ以上１５ｐｐｍ以下が好ましく、ＦＣ−ＢＧＡ用配線基板１２、半導体素子１５のＣＴＥの観点から９ｐｐｍ程度がより好ましい。ガラスとしては、例えば石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、ソーダガラス、又は、サファイヤガラス等が用いられる。

一方、剥離層２に熱によって発泡する樹脂を用いる等、支持体１を剥離する際に支持体１に光の透過性が必要でない場合は、支持体１には、歪みの少ない例えばメタルやセラミックスなどを用いることができる。

本発明の一実施形態では、剥離層２としてＵＶ光を吸収して剥離可能となる樹脂を用い、支持体１にはガラスを用いる。

次に、図１（Ｂ）に示すように、絶縁層として感光性樹脂層３を形成する。本実施形態では、感光性樹脂層３として例えば、感光性のエポキシ系樹脂をスピンコート法により形成する。感光性のエポキシ樹脂は比較的低温で硬化することができ、形成後の硬化による収縮が少ないため、その後の微細パターン形成に優れる。

感光性樹脂層３の形成方法としては、液状の感光性樹脂を用いる場合は、スリットコート、カーテンコート、ダイコート、スプレーコート、静電塗布法、インクジェットコート、グラビアコート、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、スピンコート、ドクターコートより選定できる。フィルム状の感光性樹脂で用いる場合は、ラミネート、真空ラミネート、真空プレスなどが適用できる。

感光性樹脂層３は、例えば感光性ポリイミド樹脂、感光性ベンゾシクロブテン樹脂、感光性エポキシ樹脂およびその変性物を絶縁樹脂として用いることも可能である。

次いで、フォトリソグラフィーにより、感光性樹脂層３に樹脂トレンチ部２１を設ける。樹脂トレンチ部２１に対して、現像時の樹脂残渣の除去を目的として、プラズマ処理を行ってもよい。感光性樹脂層３の厚みは、開口部に形成する導体層の厚みに応じて設定され、本発明の一実施形態では例えば７μｍを形成する。

また平面視の開口部形状は、半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰのピッチ、形状に応じて設定され、本発明の一実施形態では例えばφ２５μｍの開口形状とし、ピッチは５５μｍで形成する。

次いで、図１（Ｃ）、図２（Ｄ）に示すように、真空中で、シード密着層４、及び、シード層５を形成する。シード密着層４は感光性樹脂層３へのシード層５の密着性を向上させる層であり、シード層５の剥離を防止する層である。

シード層５は配線部形成において、電解めっきの給電層として作用する。シード密着層４、及び、シード層５は、例えば、スパッタ法、または蒸着法などにより形成され、例え
ば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ＡｌＣｕ、ＮｉＦｅ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＺｎＯ、ＰＺＴ、ＴｉＮ、Ｃｕ_３Ｎ_４、Ｃｕ合金や、これらを複数組み合わせたものを適用することができる。

本発明では、電気特性、製造の容易性の観点およびコスト面を考慮して、シード密着層４にチタン層、続いてシード層５の銅層を順次スパッタリング法で形成する。シード密着層４のチタンとシード層５の銅層の合計の膜厚は、電解めっきの給電層として１μｍ以下とするのが好ましい。本発明の一実施形態ではＴｉ：５０ｎｍ、Ｃｕ：３００ｎｍを形成する。

次に図２（Ｅ）に示すように電解めっきにより導体層６をベタ膜で形成する。導体層６は半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰとなる。

電解ニッケルめっき、電解銅めっき、電解クロムめっき、電解Ｐｄめっき、電解金めっき、電解ロジウムめっき、電解イリジウムめっき等が挙げられるが、電解銅めっきであることが簡便で安価で、電気伝導性が良好であることから望ましい。

電解銅めっきの厚みは、半導体素子１５と接合用の電極となり、はんだ接合の観点から１μｍ以上、且つ、生産性の観点から３０μm以下であることが望ましい。本発明の一実施形態では感光性樹脂層３の開口部にはＣｕ：９μｍを形成し、感光性樹脂層３の上部にはＣｕ：２μｍを形成する。

次に図２（Ｆ）に示すように、導体層の導電性材料に対する化学研磨性を有するＣＭＰ（化学機械研磨）により感光性樹脂層表面のベタ膜の銅の導体層６を研磨除去し、シード密着層４と導体層６が表面となるように研磨加工を行う。本発明の一実施形態では、感光性樹脂層３の上部の導体層６のＣｕ：２μｍ、及び、シード層５を構成するＣｕ：３００ｎｍを研磨により除去する。

次に図３（Ｇ）に示すように、感光性樹脂層３と導体層６の一部、及び、シード層５とシード密着層４を物理的に研磨し除去する物理的な研磨により、シード層５とシード密着層４と、感光性樹脂層３と導体層６の一部を除去する。

シード密着層４と、感光性樹脂層３の異種材料の研磨であるため、化学研磨による効能は少なく、研磨剤による物理的な研磨が支配的である。

導体層６と感光性樹脂層３の研磨速度を調整し、感光性樹脂層３の研磨速度を高くすることで、本発明の導体層６が凸形状に高くなった図１３の様な形状を実現する。

図３（Ｇ）の断面図のＡ−Ａ′囲い部の詳細を示す図１３の断面図の如く、導体層６を凸形状に形成する。すなわち、接合電極パッド部ＴＰの部分の導体層６を、その上面の高さを、同一層の感光性樹脂層３の上面の高さより高くした凸形状に形成する。これにより、導体層６の上層に積層形成する感光性樹脂層３ｂに接続ビア部１９用に下部開口部Ｐａを開口する際、その底に比較例の図１４の様な樹脂残渣２２が無い下部開口部Ｐａを形成できる効果がある。

図１３の凸形状の高さＤは、次工程で感光性樹脂層３ｂを積層形成する際、上層の感光性樹脂層３ｂの平坦性を確保する為、Ｄ：１μｍ以下で形成すればよい。後に図５（Ｍ）で形成する配線パターン部１８の高さが３μｍより低い場合、配線パターン部１８の高さの１／３以下で形成することが望ましい。配線パターン部１８の高さの１／３より大きく
なると、研磨時の配線パターン部１８の脱落や、配線パターン部１８の上面の平坦な部分が消失し、配線パターン部１８の高さや配線抵抗の制御が難しくなる。

物理的な研磨によるその他の効果やＷ値については、後の図４（Ｌ）以降の製造工程で効果が顕著にあらわれるのでその工程において詳しく説明する。

工程簡略化の目的で前述（図２（Ｆ））した化学研磨の研磨材に研磨粒子を適量添加し、導体層６と感光性樹脂層３の研磨速度を調整し、本発明の断面形状を実現してもよく、また研磨の効率化を目的としてシード密着層４と、感光性樹脂層３の材料種に応じて研磨手法を変えてもよい。そして、研磨を行った後に残った導体層６が、半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰとなる。

次に図３（Ｈ）に示すように、図１（Ｂ）と同様に上面に、絶縁層として感光性樹脂層３ｂを形成する。感光性樹脂層３ｂの厚みは、感光性樹脂層３ｂの下部開口部Ｐａに充填される導体層６ｂの厚みで形成する接続ビア部１９の高さに応じて設定され、本発明の一実施形態では例えば２μｍを形成する。この下部開口部Ｐａは多層導体層の上下層をつなぐ接続ビア部１９となる形状である。平面視の下部開口部Ｐａの形状は、導体層６と導体層６ｂの接続ビア部１９の接続の観点から設定され、本発明の一実施形態では例えばφ１０μｍの開口形状を形成する。

さらに、その上面に図３（Ｉ）に示すように、図１（Ｂ）と同様に上面に感光性樹脂層３ｃを形成する。感光性樹脂層３ｃの配線用開口部Ｐｃは、多層導体層の配線パターン部１８を形成するための開口部である。感光性樹脂層３ｃの厚みは、感光性樹脂層３ｃの配線用開口部Ｐｃに充填される導体層６ｂの厚みで形成する配線パターン部１８の厚みに応じて設定され、本発明の一実施形態では例えば２μｍを形成する。

また、感光性樹脂層３ｃの上部開口部Ｐｂは、そこに導体層６ｂが充填されてランド部２０となる形状である。上部開口部Ｐｂの平面視の形状は、積層体の接続性の観点から設定され下部開口部Ｐａの形状の外側を囲って形成される。本発明の一実施形態では、上部開口部Ｐｂの形状は、例えばφ２５μｍの開口形状を形成する。

感光性樹脂層３ｂの下部開口部Ｐａと感光性樹脂層３ｃの上部開口部Ｐｂは、上下層をつなぐ接続ビア部１９とランド部２０となる樹脂トレンチ部２１である。

以下で説明する様に、この樹脂トレンチ部２１に形成する接続ビア部１９とランド部２０と、配線用開口部Ｐｃに形成する配線パターン部１８は、初めは一体の導体層６ｂで形成する。

次いで、図４（Ｊ）、図４（Ｋ）に示すように、図１（Ｃ）、図２（Ｄ）と同様に真空中で、シード密着層４、及び、シード層５を形成する。本発明の一実施形態ではＴｉ：５０ｎｍ、Ｃｕ：３００ｎｍを形成する。

次に図４（Ｌ）に示すように電解めっきにより導体層６ｂをベタ膜で形成する。導体層６ｂは接続ビア部１９、ランド部２０、及び、配線パターン部１８から成る配線部となる。電解ニッケルめっき、電解銅めっき、電解クロムめっき、電解Ｐｄめっき、電解金めっき、電解ロジウムめっき、電解イリジウムめっき等が挙げられるが、電解銅めっきであることが簡便で安価で、電気伝導性が良好であることから望ましい。

電解銅めっきの厚みは、配線部の電気抵抗の観点から０．５μｍ以上、生産性の観点から３０μｍ以下であることが望ましい。本発明の一実施形態では、感光性樹脂層３ｂの下
部開口部Ｐａと感光性樹脂層３ｃの上部開口部Ｐｂとによる２重の開口部にはＣｕ：６μｍを形成し、感光性樹脂層３ｃの配線用開口部Ｐｃによる１重の開口部にはＣｕ：４μｍを形成し、感光性樹脂層３ｃの上部にはＣｕ：４μｍを形成する。

次に図５（Ｍ）に示すように、導体層６ｂの導電性材料に対する化学研磨性を有するＣＭＰ（化学機械研磨）により感光性樹脂層３ｃの上部のベタ膜の銅の導体層６ｂを研磨除去し、シード密着層４と導体層６ｂが表面となるように研磨加工を行う。

次に、感光性樹脂層３ｃと導体層６ｂの一部、及び、シード層５とシード密着層４を物理的に研磨し除去する物理的な研磨により、シード層５とシード密着層４を除去し、感光性樹脂層３ｃと導体層６ｂの一部を除去することで、図１５の様な構造を形成する。

すなわち、研磨を行った後に樹脂トレンチ部２１内に残った導体層６ｂが、接続ビア部１９、ランド部２０、及び、配線パターン部１８から成る配線部となる。

本発明の一実施形態では、感光性樹脂層３ｃの上部の導体層６ｂのＣｕの４μｍ、及び、シード層５を構成するＣｕの３００ｎｍを研磨により除去する。

また、物理的な研磨により導体層６ｂを凸形状に形成し、導体層６ｂの上面の端部は曲面形状となる。すなわち、配線部を、その上面の高さを、同一層の感光性樹脂層３ｃの上面の高さより高くした凸形状に形成する。感光性樹脂層３ｃと導体層６ｂの研磨速度の比の調整で、配線パターン部１８のＲ形状の上面部の終点から樹脂トレンチ部２１の端部までの長さＷの値（Ｗ値）は調整が可能である。

研磨速度が｛感光性樹脂層３ｃ｝＝｛導体層６ｂ｝と等しければＤ値が小さくなり、且つＷ値は大きくなる。

研磨速度を｛感光性樹脂層３ｃ｝＞｛導体層６ｂ｝とすることでＤ値は大きく、Ｗ値は小さくできる。

図１５の、下層の感光性樹脂層３ｃと上層の感光性樹脂層３ｂ２との界面の絶縁樹脂界面部１７と、導体層６ｂの上面の高さとの差Ｄが大きい程、熱履歴を伴う信頼性試験の際に導体層６ｂの上面端部に集中する応力の絶縁樹脂界面部１７への作用が低減し下層の感光性樹脂層３ｃと上層の感光性樹脂層３ｂ２の絶縁樹脂界面部１７での層間剥離を回避でき望ましい。そして、近接する配線パターン部１８やランド部２０等の配線部間の絶縁樹脂界面部１７でのマイグレーション２３によるショートが抑えられ望ましい。

一方で、図１５の配線パターン部１８やランド部２０等の配線部の凸形状の高さＤは、図１３の凸形状の高さＤと同様に、次工程で感光性樹脂層３ｂ２を積層形成する際、上層の感光性樹脂層３ｂ２の平坦性を確保する為、Ｄ：１μｍ以下で形成することが望ましい。

また、Ｗ値は小さい程、導体層６ｂの応力が集中する上面位置が高くなり、配線パターン部１８間の絶縁樹脂界面部１７に生じるマイグレーション２３が抑制でき、Ｗ値＝１／２＊Ｄ〜１＊Ｄが良い。なお＊は積を表す記号とする。

図６（Ａ）に示すように、図３（Ｈ）〜図５（Ｍ）を繰り返して導体層６ｂ２と層間絶縁層の絶縁樹脂層３ｂ２と３ｃ２を加えた多層配線を形成する。本発明の一実施形態では、導体層６ｂの配線層と導体層６ｂ２の配線層との２層の配線層を形成した多層配線基板を製造する。

次いで、ＦＣ−ＢＧＡ基板１２との接合用電極ＴＩＮを形成する工程を説明する。図６（Ｂ）に示すように、図１（Ｂ）と同様に上面に感光性樹脂層３ｄを形成し、樹脂トレンチ部２１を形成する。

次いで、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）に示すように、図１（Ｃ）、図２（Ｄ）と同様に真空中で、シード密着層４、及び、シード層５を形成する。

次いで、図８（Ｅ）に示すように、レジストパターン７を形成する。その後、図８（Ｆ）のように電解めっきにより導体層６ｃを形成する。導体層６ｃはＦＣ−ＢＧＡ基板１２と接合用の電極となる。電解銅めっきの厚みは、はんだ接合の観点から１μｍ以上、且つ、生産性の観点から３０μｍ以下であることが望ましい。本発明の一実施形態では感光性樹脂層３ｄの開口部にはＣｕ：９μｍを形成し、感光性樹脂層３ｄの上部にはＣｕ：７μｍを形成する。

その後、図９（Ｇ）に示すようにレジストパターン７を除去する。その後、図９（Ｈ）に示すように不要なシード密着層４、及び、シード層５をエッチング除去する。この状態で表面に残った導体層６ｃが、ＦＣ−ＢＧＡ基板１２との接合用電極ＴＩＮとなる

次に、図１０（Ｉ）に示すように、ソルダーレジスト層８を形成する。ソルダーレジスト層８は、感光性樹脂層３ｄを覆うように、露光、現像し、導体層６ｃが露出するように開口部を備えるように形成する。なお、ソルダーレジスト層８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。本発明の実施形態では、ソルダーレジスト層８としてファラーを含有した感光性エポキシ樹脂を使用してソルダーレジスト層８を形成する。

次に、図１０（Ｊ）に示すように導体層６ｃの表面の酸化防止とはんだバンプの濡れ性をよくするため、表面処理層９を設ける。本発明の実施形態では、表面処理層９として無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきを成膜する。なお、表面処理層９には、ＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｉｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ 水溶性プレフラックスによる表面処理）膜を形成してもよい。また、無電解スズめっき、無電解Ｎｉ／Ａｕめっきなどから適宜用途に応じて選択しても良い。次いで、接合用電極ＴＩＮの導体層６ｃ上の表面処理層９上に、半田材料を搭載した後、一度溶融冷却して固着させることで、はんだ接合部１０を得る。これにより、支持体１上に形成された支持体上の配線基板１１が完成する。

次いで、図１１（Ａ）に示すように、支持体上の配線基板１１をはんだ接合部１０でＦＣ−ＢＧＡ基板１２に接合した後、接合部をアンダーフィル層で封止する。アンダーフィル層としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂、及びマレイミド樹脂の１種又はこれらの樹脂の２種類以上が混合された樹脂に、フィラーとしてのシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、又は酸化亜鉛等が加えられた材料が用いられる。アンダーフィル層は、液状の樹脂を充填させることで形成される。

次いで、図１１（Ｂ）に示すように、支持体１を剥離する。剥離層２は、レーザー光１３を照射して剥離可能な状態とする。支持体１の背面より、すなわち、支持体１のＦＣ−ＢＧＡ基板１２とは逆側の面からレーザー光１３を支持体１との界面に形成された剥離層２に照射し剥離可能な状態とすることで、支持体１を取り外すことが可能となる。次に、図１２（Ｃ）に示すように支持体１を剥離して除去した後、剥離層２とシード密着層４、及び、シード層５を除去しインターポーザ付きＢＧＡ基板１４を得る。

その後、図１２（Ｄ）に示すようにインターポーザ付きＢＧＡ基板１４の、接合電極パッド部ＴＰに半導体素子１５の電極を半田付けする実装を行い半導体装置１６が完成する。この際、半導体素子１５の実装に先立って、インターポーザ付きＢＧＡ基板１４において、半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰとして表面に露出した導体層６上に、酸化防止と半田バンプの濡れ性をよくするため、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき、ＯＳＰ、無電解スズめっき、無電解Ｎｉ／Ａｕめっきなどの表面処理を施してもよい。以上により半導体装置１６が完成する。

次に、上述したようなインターポーザ付きＢＧＡ基板１４の構成とその製造方法を用いた場合の作用効果について、図１から図１０（Ｊ）の工程説明と、本発明の効果を説明した実施例の導体層６の上面を凸形状に形成した図１３と、導体層６ｂの上面を凸形状に形成した図１５、及び、比較例の導体層６の上面を凹形状に形成した図１４と、導体層６ｂの上面を凹形状に形成した図１６を参照して説明する。

図１３と比較例の図１４は、図３（Ｇ）と図３（Ｈ）のＡ−Ａ’部拡大詳細断面図であり、半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰの部分の断面図である。図１５と比較例の図１６は、図５（Ｍ）と図６（Ａ）のＢ−Ｂ’部拡大詳細断面図であり、配線パターン部１８の断面図である。

本実施形態では、支持体上の配線基板１１の配線パターン部１８、接続ビア部１９、及び、半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰは、ＣＭＰ（化学機械研磨）と物理的な研磨によって、導体層６及び６ｂをパターニング（いわゆるダマシン法）しているため、図６（Ａ）、図９（Ｈ）のように、配線パターン部１８の側面、接続ビア部１９の側面、及び、半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰの側面において、導体層６と感光性樹脂層３の間にもシード密着層４を配置することが可能である。

その支持体上の配線基板１１を、図１１（Ａ）〜図１２（Ｄ）のように、上下反転させて、接合用電極ＴＩＮのはんだ接合部１０をＦＣ−ＢＧＡ基板１２と接合した後、支持体１を除去してインターポーザ付きＢＧＡ基板１４を得る。そのため、インターポーザ付きＢＧＡ基板１４の配線パターン部１８、及び、接続ビア部１９においては、上面、及び、側面にシード密着層４を配置でき、半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰにおいては、側面にシード密着層４を配置することが可能である。

図１３の如く、接合用電極ＴＩＮ用の導体層６を感光性樹脂層３より高く凸形状に形成した。その、導体層６の高さＤは０．８μｍ、Ｗ値は０．８μｍとした。導体層６を凸形状に形成することで、上層に積層形成する感光性樹脂層３ｂに接続ビア部１９用に下部開口部Ｐａを開口する際、下部開口部Ｐａの底に樹脂残渣２２がない開口部を形成することができた。

また、図１５の様に、導体層６ｂによって配線パターン部１８、ランド部２０を凸形状に形成した。その配線パターン部１８とランド部２０の高さＤ値は０．５μｍ、Ｗ値は０．５μｍで形成した。凸形状を上記高さＤ値で制御することで、配線パターン部１８の上層に積層形成する感光性樹脂層３ｂ２の塗工時に、感光性樹脂層３ｂ２の凹み部２４が無く、表面ウネリを低減できた。

それとともに、樹脂トレンチ部２１の高さのバラツキ、及びＣＭＰと物理的な研磨による導体層６ｂの研磨残りや、配線パターン部１８の高さバラツキを抑えることができた。

また、配線パターン部１８上面の高さと、同一層の感光性樹脂層３ｃの上面の高さ、すなわち、感光性樹脂層３ｃと感光性樹脂層３ｂ２との界面の絶縁樹脂界面部１７の高さとに、Ｄ値の段差を持たせることで、配線パターン部１８の上面の応力集中による前記感光性樹脂層３ｃと３ｂ２の絶縁樹脂界面部１７での界面剥離を回避し、近接する配線パターン部１８間の絶縁樹脂界面部１７で発生するマイグレーション２３によるショートを回避することができた。

上記のように、接合用電極ＴＩＮ用の導体層６や、配線パターン部１８やランド部２０などからなる配線層６ｂを凸形状に形成することで、積層形成する上の配線層の寸法や形状の安定制御が可能となるとともに、電気的な接続信頼性や配線間の絶縁信頼性の向上に効果的となる。

比較例

支持体上の配線基板１１の配線パターン部１８、接続ビア部１９、及び、半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰは、ＣＭＰ（化学機械研磨）のみで、導体層６や導体層６ｂをパターニング（いわゆるダマシン法）した構成を比較例として説明する。

比較例では、支持体上の配線基板１１の配線パターン部１８、接続ビア部１９、及び、半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰは、導体層６や導体層６ｂを選択的に化学研磨する研磨材を使用しＣＭＰ（化学機械研磨）のみで、導体層６や導体層６ｂをパターニング（いわゆるダマシン法）する。次に、ＣＭＰで研磨できないシード密着層４をウェットエッチングによる化学研磨によって溶解除去して、図６（Ａ）、図９（Ｈ）のように、配線パターン部１８や接続ビア部１９の側面、及び、接合電極パッド部ＴＰの導体層６の側面において、導体層６及び６ｂと、感光性樹脂層３や３ｂや３ｃの間にもシード密着層４を配置することが可能である。

また、支持体上の配線基板１１は図１１（Ａ）〜図１２（Ｄ）のように、上下反転させてＦＣ−ＢＧＡ基板１２と接合した後、支持体１を除去してインターポーザ付きＢＧＡ基板を得る。そのため、配線パターン部１８、及び、接続ビア部１９においては、上面、及び、側面にシード密着層４を配置でき、半導体素子１５との接合電極パッド部ＴＰの導体層６の側面にシード密着層４を配置することが可能である。

但し、図１４や図１６の如く、感光性樹脂層３や３ｃはＣＭＰにより研磨されない為、接合電極パッド部ＴＰを形成した導体層６や、配線パターン部１８やランド部２０を形成した導体層６ｂの最表面は、同一層の感光性樹脂層３や感光性樹脂層３ｃより低い凹形状となる。

配線パターン部１８、ランド部２０が凹形状になることで、上層に積層形成する感光性樹脂層３ｂや３ｂ２の樹脂トレンチ部２１で、接続ビア部１９の開口部を形成する際、導体層６やランド部２０上の感光性樹脂層３ｂや３ｂ２の塗工膜厚が厚くなり、ランド部２０上の感光性樹脂層３ｂ２の開口部のビア底に樹脂残渣２２が残り易くなった。

また、図１６の様に、配線パターン部１８の上面が凹形状となることで、上層に積層形成する感光性樹脂層３ｂ２や３ｄの塗工膜に凹み２４を生じる。凹み２４は感光性樹脂層３ｂの上の感光性樹脂層３ｃ２の最上面にまで及び、その感光性樹脂層３ｃ２の表面の上にまで導体層６ｂを形成した上で感光性樹脂層３ｃ２の表面の導体層をＣＭＰで除去する際に、導体層６ｂの研磨残りを生じる原因になる。よって、樹脂トレンチ部２１の高さのバラツキ、及びＣＭＰと化学研磨とによっては、図１６の感光性樹脂層３ｃ２の表面の凹み２４の中や、図１４の感光性樹脂層３ｃの表面の凹み部２４の中に、導体層６ｂ２や６ｂの研磨残りを生じ、配線パターン部１８の形成不良の原因となった。

また、図１６の配線パターン部１８の凹部の端部、感光性樹脂層３の同一層と上層との絶縁樹脂界面部１７の高さとが同一高さとなり、近接する配線パターン部１８間の絶縁樹脂界面部１７にマイグレーション２３が発生し、配線パターン部１８のショートの原因となった。

＜作用効果の確認＞
本実施形態の効果の確認として、実施例で作製したインターポーザ付きＢＧＡ基板１４と比較例で作製したインターポーザ付きＢＧＡ基板をピーク温度２６０℃のリフロー試験（ＪＥＤＥＣ Ｊ−ＳＴＤ−０２０準拠）を繰り返し実施した。比較例で作製したインターポーザ付きＢＧＡ基板では、導体層６ｂの接続ビア部１９とランド部２０と、接合電極パッド部ＴＰの導体層６の間で剥離が観察され、電気的導通不良が確認された。一方、実施例で作製したインターポーザ付きＢＧＡ基板１４では剥離も観察されず、電気的導通不良は発生しなかった。

また、バイアスＨＡＳＴ（１３０℃＊８５％ＲＨ，１．３Ｖ、１９２ｈｒ）試験により、
比較例で作製したインターポーザ付きＢＧＡ基板では、導体層６ｂによる近接する配線パターン部１８間の絶縁樹脂界面部１７で層間剥離とマイグレーション２３が観察され、電気的ショートが確認された。一方、実施例で作製したインターポーザ付きＢＧＡ基板１４では、層間剥離と電気的ショートは発生せず、絶縁抵抗１０^６Ω以上を実現した。

なお、上述の実施形態は一例であって、その他、具体的な細部構造などについては適宜に変更可能であることは勿論である。

また、本発明は、インターポーザ付きＢＧＡ基板に限定されず、主基板とＩＣチップとの間に介在するインターポーザ等を備えた配線基板を有する半導体装置に利用可能である。

１ 支持体
２ 剥離層
３、３ｂ、３ｂ２、３ｃ、３ｃ２、３ｄ 感光性樹脂層
４ シード密着層
５ シード層
６、６ｂ、６ｂ２ 導体層
７ レジストパターン
８ ソルダーレジスト層
９ 表面処理層
１０ はんだ接合部
１１ 支持体上の配線基板
１２ ＦＣ−ＢＧＡ基板
１３ レーザー光
１４ インターポーザ付きＢＧＡ基板
１５ 半導体素子
１６ 半導体装置
１７ 絶縁樹脂界面部
１８ 配線パターン部
１９ 接続ビア部
２０ ランド部
２１ 樹脂トレンチ
２２ 樹脂残渣
２３ マイグレーション
２４ 感光性樹脂層の凹み
Ｄ 凸形状の高さ
Ｐａ 下部開口部
Ｐｂ 上部開口部
Ｐｃ 配線用開口部
ＴＰ 接合電極パッド部
ＴＩＮ 接合用電極
Ｗ 配線部の上面部から樹脂トレンチ端部までの長さ

Claims (11)

1. 第１配線基板と、
   前記第１配線基板に接合された前記第１配線基板より微細な配線が形成された第２配線基板と、を備え、
   前記第２配線基板の前記第１配線基板との接合面の対向面に半導体素子が実装される配線基板において、
   前記第２配線基板が、感光性樹脂層に開口した配線パターン部と接続ビア部とランド部とからなる樹脂トレンチ部と、前記樹脂トレンチ部の側面と底面とを被覆したシード密着層とシード層と、前記樹脂トレンチ部の内部を導電性材料で充填した配線部を有し、前記配線部からなる導体層を２層以上 積層形成した構造からなり、
   前記配線部の、配線パターン部と接続ビア部とランド部の断面形状が同一層の感光性樹脂層表面より高く凸形状であることを特徴とする配線基板。
2. 前記第２配線基板の、配線部と同一層の感光性樹脂層表面の高さと該配線部の凸形状の最上部の高さとの差がＤ値であり、
   前記感光性樹脂層表面の上に上層感光性樹脂層を有し、
   前記感光性樹脂層と上層感光性樹脂層との界面の高さが、前記配線部の最上部の高さよりＤ値低いことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記第２配線基板の配線部の凸形状の同一層の感光性樹脂層表面からの最上部の高さＤ値が１μｍ以下であり、配線部の上面部から樹脂トレンチ端部までの長さＷが１／２＊Ｄ〜１＊Ｄの幅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２配線基板は多層配線基板であり、前記多層配線基板の層間を接続する接続ビア部は、凸形状、且つ、半導体素子が実装される側の一方面、及び、側面にシード密着層があることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の配線基板。
5. 前記導電性材料は銅を含む層であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の配線基板。
6. 前記シード層は銅を含む層であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の配線基板。
7. 前記シード密着層はチタンを含む層であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の配線基板。
8. 前記第２配線基板の層間絶縁層は感光性の絶縁樹脂であることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の配線基板。
9. 前記第２配線基板の導体層の形成方法が、
   １）支持体上に、樹脂トレンチ部を有する感光性樹脂層を形成する工程と、
   ２）前記樹脂トレンチ部と感光性樹脂層上にシード密着層とシード層を設ける工程と、
   ３）前記シード層上に導電性材料をベタ膜で積層形成する工程と、
   ４）ベタ膜で形成した導電性材料を、基板の積層表面より化学研磨し、樹脂トレンチ以外の感光性樹脂層表面に積層形成された、不要な導電性材料を研磨除去する工程と、
   ５）４）にて露出した基板表面のシード密着層とシード層と導電性材料と感光性樹脂層の表面を研磨除去し、樹脂トレンチ内を導電性材料で充填した配線部を有する導体層を形成する工程と、
   ６）１）から５）を必要層数分繰り返し、導体層を２段以上の積層形成することを特徴と
   する請求項１から８の何れか一項に記載の配線基板の製造方法。
10. 前記シード密着層と前記シード層はスパッタリング法で形成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。
11. 前記支持体はガラスであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の配線基板の製造方法。

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