JP2023104759A

JP2023104759A - 多層配線基板、半導体装置、多層配線基板の製造方法

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Publication number: JP2023104759A
Application number: JP2022005945A
Authority: JP
Inventors: 毅志田村; Takeshi Tamura
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2022-01-18
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2023-07-28

Abstract

【課題】導体と絶縁樹脂層との間に密着層を有し、かつ、高い絶縁信頼性を有する多層配線基板を提供する。【解決手段】第１の絶縁樹脂層と、第１の絶縁樹脂層に積層されたシード層と、シード層の第１の絶縁樹脂層とは反対側の面に積層されためっき層とを有し、複数の導体を構成する導体層と、導体層を覆う密着層と、導体層と、密着層と、第１の絶縁樹脂層とを覆う第２の絶縁樹脂層とを備え、密着層は、導体の上面を覆う第１の部分と、導体の側面を覆う第２の部分と、隣接する導体間の第１の絶縁樹脂層上のうち、シード層の外周縁に沿って延びる線状の領域に形成された第３の部分とを有し、隣接する導体間において、導体の一方に設けられた密着層の第３部分と、導体の他方に設けられた密着層の第３部分とが離間している、多層配線基板。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子（チップ）等の電子部品を実装するのに用いられる多層配線基板とその製造方法に関する。

近年、電子デバイスの高機能化等の要求に伴う高集積化や、電子デバイスの高速信号処理化に伴う電気信号の周波数、いわゆる動作周波数の高周波化が進んでいる。そして、これらに使用される多層配線基板において、高密度化による配線の微細化や高周波化対応が求められている。

通常、多層配線基板は、導体層と絶縁樹脂層とをそれぞれ１層以上積層して製造される。この時、導体層を構成する導体と絶縁樹脂層の密着性が不足していると、層間剥離やクラック、絶縁信頼性の低下などの問題を引き起こす。

そこで従来から、導体と絶縁樹脂層との密着性を向上させる方法として、導体表面を粗化してアンカー効果を生じさせる手法が用いられてきた。しかし、高密度化により微細化された配線（導体）を粗化することは難しく、粗化面に起因して高周波化信号の伝送特性が低下する（表皮効果）という問題点があった。

そこで、導体表面を粗面化することなく、導体と絶縁樹脂層との密着性を向上させる方法として、特許文献１のように密着層（膜）を形成する方法が提案されている。

特開平１１－３５４９２２号公報

図４は、従来の多層配線基板の一部を示す断面拡大図である。

特許文献１が開示するような従来の密着層１１４の形成方法では、導体１１３間の絶縁樹脂上にも連続して密着層１１４が形成されてしまう。また、化学的に導体１１３上にのみ結合するような密着層１１４を形成する場合でも、プロセス上は絶縁樹脂１１１上にも密着層１１４を構成する材料が塗布される。そのため、水洗等で塗布液を除去する工程が必要になるが、洗浄不足等で導体１１３間の絶縁樹脂１１１上に残差として残るリスクがある。

すなわち、絶縁耐性の低い材料を密着層に用いた場合、従来の密着層の形成方法では、配線間の絶縁信頼性が低下するおそれがあった。

そこで、本発明は、導体と絶縁樹脂層との間に密着層を有し、かつ、高い絶縁信頼性を有する多層配線基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の一局面は、第１の絶縁樹脂層と、第１の絶縁樹脂層に積層されたシード層と、シード層の第１の絶縁樹脂層とは反対側の面に積層されためっき層とを有し、複数の導体を構成する導体層と、導体層を覆う密着層と、導体層と、密着層と、第１の絶縁樹脂層とを覆う第２の絶縁樹脂層とを備え、密着層は、導体の上面を覆う第１の部分と、導体の側面を覆う第２の部分と、隣接する導体間の第１の絶縁樹脂層上のうち、シード層の外周縁に沿って延びる線状の領域に形成された第３の部分とを有し、隣接する導体間において、導体の一方に設けられた密着層の第３部分と、導体の他方に設けられた密着層の第３部分とが離間している、多層配線基板である。

また、本発明の他の局面は、第１の絶縁樹脂層上にシード層を形成する工程と、シード層上に第１のレジストパターンを形成する工程と、第１のレジストパターンが形成されたシード層上にめっき層を形成する工程と、第１のレジストパターンを除去する工程と、第１のレジストパターンが除去されたことによって露出したシード層を除去する工程と、シード層が除去されたことによって露出した第１の絶縁樹脂層上に、シード層およびめっき層と接しない第２のレジストパターンを形成する工程と、第２のレジストパターンの表面と、めっき層の表面と、シード層の表面と、第１の絶縁樹脂層の表面とに密着層を形成する工程と、第２のレジストパターンとその表面の密着層を除去する工程と、密着層と、第１の絶縁樹脂層とを覆う第２の絶縁樹脂層を形成する工程とを有する、多層配線基板の製造方法である。

本発明によれば、導体と絶縁樹脂層との間に密着層を有し、かつ、高い絶縁信頼性を有する多層配線基板を提供することができる。

本発明の実施形態に係る多層配線基板の一部を示す断面拡大図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図。実施形態に係る配線基板を使用した半導体装置の一例を示す断面図。従来の多層配線基板の一部を示す断面拡大図。

本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。ここで、図面の寸法比率は、説明の都合上実際の比率と異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係る多層配線基板の一部を示す断面拡大図である。

多層配線基板１００は、第１の絶縁樹脂層１１と、第２の絶縁樹脂層１２と、導体層１３と、密着層１４とを備える。多層配線基板１００は、例えば後述するコア基板１上に形成されたコア基板であってもよいし、コア層を有さないコアレス基板であってもよい。以降において、上面とはコア基板から遠い側の面、または、コアレス基板の場合はキャリア基板から遠い側の面である。

（第１の絶縁樹脂層）
第１の絶縁樹脂層１１は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、感光性樹脂またはそれらを混合した樹脂から構成され、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、マレイミド樹脂、液晶ポリマー、フッ素樹脂、またはこれらの２つ以上の組み合わせからなり、無機フィラーまたは有機フィラーを含有しても良い。

（導体層）
導体層１３は、第１の絶縁樹脂層１１側から順に、シード層１３ａおよびめっき層１３ｂを有する。導体層１３をエッチングによりパターニングすることにより、複数の導体１３’が形成される。導体層１３には、配線、ビア、シールド、グランド、ダミーなどの様々なパターンが含まれ得るが、図１においては配線部を示す。隣接する導体１３’は第１の絶縁樹脂層１１の面方向に離間して形成されている。導体１３’の表面には密着層１４が形成される。

（シード層）
シード層１３ａは、第１の絶縁樹脂層１１上に積層される。シード層１３ａを構成する材料は特に制限されないが、無電解めっき法で形成する場合、例えば、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｓｎ、ＮｉおよびＣｒなどの金属材料を用いることができる。スパッタリング法で形成する場合、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ＡｌＣｕ、ＮｉＦｅ、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ－ｄｏｐｅｄＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＴｉＮ、Ｃｕ_３Ｎ_４、Ｃｕ合金、またはこれらの２種以上を組み合わせた材料を用いることができる。形成のしやすさを考慮すると銅を用いることが好ましい。

（めっき層）
めっき層１３ｂは、シード層１３ａの上面（第１の絶縁樹脂層１１と反対側の面）に積層される。めっき層１３ｂを構成する材料は、主に金属であり、種類は特に制限されないが、例えば、ＣｕおよびＣｕ合金、ＡｇおよびＡｇ合金、Ｓｎ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｆｅまたはこれらの２種以上を組み合わせた材料を用いることができる。形成のしやすさを考慮すると、銅を用いることが好ましい。

（密着層）
密着層１４は、導体１３’の上面を覆う第１の部分１４ａと、導体１３’の側面を覆う第２の部分１４ｂと、隣接する導体１３’間の第１の絶縁樹脂層１１上のうち、シード層１３ａの外周縁に沿って（図１の紙面と直交する方向に）延びる線状の領域に形成された第３の部分１４ｃとで構成される。このように、密着層１４は、導体１３’の底面以外の面を覆うため、導体１３’と第２の絶縁樹脂層１２との十分な密着性を確保できる。また、密着層１４は、隣接する導体１３’間において、導体１３’の一方に設けられた密着層１４の第３の部分と、導体の他方に設けられた密着層の第３の部分とが離間している。そのため、隣接する導体１３’間の絶縁が確保され、高い絶縁信頼性を得ることができる。さらに、密着層１４の第３の部分１４ｃの面積は、密着層１４の第１の部分１４ａの面積よりも小さい。そのため、隣接する導体１３’に設けられた密着層１４の第３の部分の距離を十分に確保することができ、絶縁信頼性をさらに向上させることができる。

密着層１４の厚みは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。１０ｎｍ以上であれば、十分に密着性を発現させることができる。また、１００ｎｍを超えると、多層配線基板１００の製造過程において、隣接する導体１３’間で密着層１４が残留するおそれがあり、導体１３’間の絶縁信頼性を確保するのが難しくなる。密着層１４を構成する材料は特に制限されないが、例えば、シランカップリング剤、アゾール化合物、チオール化合物、トリアジンチオール化合物である。

（第２の絶縁樹脂層）
第２の絶縁樹脂層１２は、導体１３’、密着層１４、および第１の絶縁樹脂層１１を覆うように、第１の絶縁樹脂層１１上に積層される。第２の絶縁樹脂層１２は、第１の絶縁樹脂層１１で例示した材料を用いて形成することができる。

本実施形態に係る多層配線基板１００の製造方法について、図２Ａ～図２Ｍを参照しながら説明する。図２Ａ～図２Ｍは、本発明の実施形態に係る多層配線基板および製造方法を示す説明図である。図２Ａ～図２Ｍにおいて、コア基板１に設けられたパッド部４３の部分を除き、コア基板１の記載を省略している。

まず、コア基板１上に第１の絶縁樹脂層１１を形成する。

次に、下層の電気的接続用のパッド部４３が露出するように、熱硬化性樹脂の場合はＵＶやＣＯ_２などのレーザー、感光性樹脂の場合はフォトリソグラフィーにてビア開口８を形成する（図２Ａ）。

次に、第１の絶縁樹脂層１１の上面、ビア開口８の壁面、およびビア開口８の底面に当たるパッド部４３に無電解めっきやスパッタにてシード層１３ａを形成する（図２Ｂ）。

次に、シード層１３ａ上にレジストを塗布またはラミネートし露光現像することで、めっき層１３ｂのパターンに対応する第１のレジストパターン１６ａを形成する（図２Ｃ）。

次に、第１のレジストパターン１６ａが形成されたシード層１３ａに、電解めっきによりめっき層１３ｂを形成する（図２Ｄ）。

次に、第１のレジストパターン１６ａを全て除去する（図２Ｅ）。除去方法としては、融解剥離タイプのレジストを用いて剥離液にて融解剥離させる方法が好ましい。

次に、第１のレジストパターン１６ａが除去されたことによって露出したシード層１３ａ（めっき層１３ｂに覆われていないシード層１３ａ）をエッチングにより除去する（図２Ｆ）。

次に、シード層１３ａが除去されたことによって露出した第１の絶縁樹脂層１１上にレジストを塗布またはラミネートし露光現像することで、密着層１４のパターンに対応する第２のレジストパターン１６ｂを形成する（図２Ｇ）。このとき第２のレジストパターン１６ｂは、シード層１３ａおよびめっき層１３ｂの側面と接しないように、隣接するめっき層１３ｂの間隔（第１の絶縁樹脂層１１の面方向の間隔）より狭い幅に形成される。

次に、第２のレジストパターン１６ｂの表面と、めっき層１３ｂの表面と、シード層１３ａの表面と、第１の絶縁樹脂層１１の表面とに密着層１４を形成する（図２Ｈ）。密着層１４は、ディップ、スプレー、スパッタなどで形成できる。

次に、第２のレジストパターン１６ｂと、その表面の密着層１４を除去する（図２Ｉ）。

次に、導体１３’と、密着層１４と、第１の絶縁樹脂層１１とを覆うように第２の絶縁樹脂層１２を、第１の絶縁樹脂層１１上に積層する（図２Ｊ）。なお、所望の層数の回路が形成された場合には、本工程は省略される。

以上の図２Ａ～図２Ｊで説明した工程を、所望の層数の回路が形成できるまで繰り返し行なう（図２Ｋ）。なお、ｎ層目（ｎは２以上の自然数）以降の導体層１３の形成においては、図２Ｊで形成した（ｎ－１）層目の第２の絶縁樹脂層１２を、図２Ａ～図７Ｊの説明における第１の絶縁樹脂層１１と読み替えるものとする。

所望の層数の回路を形成後、最外層にソルダーレジスト層１７を塗布またはラミネートで形成し、フォトリソグラフィーなどによりパッド部５３上にソルダーレジスト開口１８を形成する。ソルダーレジスト層１７は、例えば、感光性のエポキシ系樹脂であり、無機フィラーを含有していても良い。非感光の熱硬化樹脂を使用する場合は、ＵＶレーザーやＣＯ_２レーザー、フォトリソなどによりソルダーレジスト開口１８を形成する。

次に、ソルダーレジスト開口１８内に、はんだバンプ２０を形成することで多層配線基板１００を形成することができる（図２Ｌ）。はんだバンプ２０は、はんだペーストを用いる場合はスクリーン印刷で形成でき、はんだボールを用いる場合は、フラックスをスクリーン印刷後にボール振込にてはんだボールを搭載し、それぞれリフローにて溶融させて形成できる。

さらに必要に応じてコア基板１のもう一方の面にも同様の配線基板の構造を形成することで多層配線基板１００を形成することができる（図２Ｍ）。

以上、コア基板１上に配線基板を積層して多層配線基板１００を作製する方法を説明したが、支持基板上に同様の手順で配線基板を積層して、最後に支持基板を剥離する方法でコア基板１を有さない多層配線基板１００としてもよい。コア基板１は一般的な貫通孔付きガラスエポキシ基板を用いることができる。

図３は、実装状態の一例を示したものであり、多層配線基板１００に半導体素子３４（シリコンチップ）を実装した半導体装置２００を示している。この半導体装置２００において、半導体素子３４の電極端子は、はんだバンプ２０等の導電性材料を介して多層配線基板１００上の対応するパッド５３部に電気的に接続されている（フリップチップ実装）。さらに、実装した半導体素子３４と多層配線基板１００との間の空隙には、熱硬化性のエポキシ系樹脂等のアンダーフィル樹脂３５が充填されており、加熱硬化によって半導体素子３４と多層配線基板１００との機械的な接合が確保されている。

一方、半導体素子３４実装面側と反対側のソルダーレジスト層１７から露出するパッド部５３には、外部接続端子として用いられるはんだバンプ２０が接合されている。このはんだバンプ２０を介して多層配線基板１００はマザーボード等に実装される。

以上説明したように、本実施形態に係る多層配線基板１００においては、導体１３’の表面に密着層１４が形成される。そのため、導体層１３と第２の絶縁樹脂層１２との間の密着性を向上させることができる。

また、密着層１４は、導体１３’の上面と、導体１３’の側面と、隣接する導体１３’間の第１の絶縁樹脂層１１上のうち、シード層１３ａの外周縁に沿って延びる線状の領域とに形成されるため、密着層１４の面積が広く、より高い密着性を得ることができる。

また、密着層１４は、隣接する導体１３’間において、導体１３’の一方に設けられた密着層１４の第３の部分１４ｃと、導体の他方に設けられた密着層の第３の部分１４ｃとが離間している。そのため、隣接する導体１３’間の絶縁が確保され、高い絶縁信頼性を得ることができる。

また、シード層１３ａおよびめっき層１３ｂは銅から構成されるため、形成しやすい。

また、密着層１４の厚みは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。そのため、十分な密着性を得ながらも、多層配線基板１００の製造過程において、隣接する導体１３’間で密着層１４が残留して絶縁信頼性が低下してしまうのを抑制できる。

また、密着層１４の第３の部分１４ｃの面積は、密着層１４の第１の部分１４ａの面積よりも小さい。そのため、隣接する導体１３’に設けられた密着層１４の第３の部分どうしの距離を十分に確保することができ、絶縁信頼性を向上させることができる。

本発明は、半導体素子（チップ）等の電子部品を実装するのに用いられる多層配線基板として利用できる。

１１第１の絶縁樹脂層
１２第２の絶縁樹脂層
１３導体層
１３´ 導体
１３ａシード層
１３ｂめっき層
１４密着層
１４ａ第１の部分
１４ｂ第２の部分
１４ｃ第３の部分
１６ａ第１のレジストパターン
１６ｂ第１のレジストパターン
１００多層配線基板
２００半導体装置

Claims

第１の絶縁樹脂層と、
前記第１の絶縁樹脂層に積層されたシード層と、前記シード層の前記第１の絶縁樹脂層とは反対側の面に積層されためっき層とを有し、複数の導体を構成する導体層と、
前記導体層を覆う密着層と、
前記導体層と、前記密着層と、前記第１の絶縁樹脂層とを覆う第２の絶縁樹脂層とを備え、
前記密着層は、
前記導体の上面を覆う第１の部分と、
前記導体の側面を覆う第２の部分と、
隣接する前記導体間の前記第１の絶縁樹脂層上のうち、前記シード層の外周縁に沿って延びる線状の領域に形成された第３の部分とを有し、
隣接する前記導体間において、前記導体の一方に設けられた前記密着層の前記第３の部分と、前記導体の他方に設けられた前記密着層の前記第３の部分とが離間している、多層配線基板。
前記シード層および前記めっき層が銅からなる、請求項１に記載の多層配線基板。
前記密着層の厚みが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の多層配線基板。
前記密着層の前記第３の部分の面積は、前記密着層の前記第１の部分の面積よりも小さい、請求項１～３のいずれかに記載の多層配線基板。
前記第１の絶縁樹脂層及び前記第２の絶縁樹脂層に挟まれた前記導体層が２層以上積層された、請求項１～４のいずれかに記載の多層配線基板。
請求項１～５のいずれかに記載の多層配線基板に半導体素子を実装してなる、半導体装置。
第１の絶縁樹脂層上にシード層を形成する工程と、
前記シード層上に第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンが形成された前記シード層上にめっき層を形成する工程と、
前記第１のレジストパターンを除去する工程と、
前記第１のレジストパターンが除去されたことによって露出した前記シード層を除去する工程と、
前記シード層が除去されたことによって露出した前記第１の絶縁樹脂層上に、前記シード層および前記めっき層と接しない第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のレジストパターンの表面と、前記めっき層の表面と、前記シード層の表面と、前記第１の絶縁樹脂層の表面とに密着層を形成する工程と、
前記第２のレジストパターンとその表面の前記密着層を除去する工程と、
前記密着層と、前記第１の絶縁樹脂層とを覆う第２の絶縁樹脂層を形成する工程とを有する、多層配線基板の製造方法。