JP2023159219A - 配線基板とその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高速通信において利用されるような、高い動作周波数が要求される半導体装置にも適用可能な配線基板、配線基板を有する半導体装置およびこれらの作製方法を提供する。【解決手段】配線基板100は、有機化合物を含むベースフィルム102、ベースフィルム上に位置し、銅を含む第1の配線104および第1の配線の上に位置し、第1の配線と接する第1の保護膜108を有する。第1の保護膜は、窒化ケイ素を含む第1の無機化合物層108a、第1の無機化合物層の上に位置し、第1の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む第2の無機化合物層108bおよび第2の無機化合物層の上に位置し、第2の無機化合物層と接し、窒化ケイ素を含む第3の無機化合物層108cを含む。【選択図】図1
Description
本開示は、インターポーザとして利用可能な配線基板、配線基板を有する半導体装置、ならびにこれらの作製方法に関する。
シリコンなどの半導体基板を用いて作製された半導体チップは、ほぼすべての電子機器に搭載され、電子機器に様々な機能を提供している。半導体チップには、動作に必要な電源や信号を入力するための端子が設けられ、メイン基板上に実装される。この時、半導体チップとメイン基板の間に配線基板(以下、インターポーザとも記す)が設けられる。インターポーザは、基板と複数の配線を基本構成として有しており、配線は様々な態様で基板に設けられる。例えば基板を貫通するように形成される貫通配線として、あるいは基板上に設けられる絶縁膜中に埋め込まれ、複数の配線層を形成するように配置される多層配線として設けられる。このような配線を介し、半導体チップの端子とメイン基板上の配線が電気的に接続される。例えば特許文献1には、銅を含む複数の配線が絶縁膜を介して積層された多層配線を有するインターポーザとその作製方法が開示されている。
本開示の課題の一つは、インターポーザとして利用可能な配線基板とその作製方法を提供することである。例えば本開示の課題の一つは、高速通信において利用されるような、高い動作周波数が要求される半導体装置にも適用可能な配線基板、配線基板を有する半導体装置、およびこれらの作製方法を提供することである。
本開示の実施形態の一つは、配線基板である。この配線基板は、有機化合物を含むベースフィルム、ベースフィルム上に位置し、銅を含む第1の配線、および第1の配線の上に位置し、第1の配線と接する第1の保護膜を有する。第1の保護膜は、窒化ケイ素を含む第1の無機化合物層、第1の無機化合物層の上に位置し、第1の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む第2の無機化合物層、および第2の無機化合物層の上に位置し、第2の無機化合物層と接し、窒化ケイ素を含む第3の無機化合物層を含む。
本開示の実施形態の一つは、配線基板である。この配線基板は、第1の面と第1の面に対向する第2の面を有する基板、基板上のベースフィルム、第1の面の上に位置し、ベースフィルムに埋め込まれ、銅を含む第1の配線、第1の配線の上に位置し、第1の配線と接する第1の保護膜、第1の保護膜の上の第2の配線、および第2の配線上の第2の保護膜を有する。第1の保護膜は、窒化ケイ素を含む第1の無機化合物層、および第1の無機化合物層の上に位置し、第1の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む第2の無機化合物層を有する。第2の保護膜は、窒化ケイ素を含む第1の無機化合物層、第1の無機化合物層の上に位置し、第1の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む第2の無機化合物層、および第2の無機化合物層の上に位置し、第2の無機化合物層と接し、窒化ケイ素を含む第3の無機化合物層を有する。
以下、本開示の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本開示は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省くことがある。
本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
本明細書および請求項において、「ある構造体が他の構造体から露出するという」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。
(第1実施形態)
1.基本構造
本開示の実施形態の一つに係る配線基板100を図1(A)、図1(B)の断面模式図を用いて説明する。図1(A)に示すように、配線基板100は、ベースフィルム102、ベースフィルム102上の第1の配線104、および第1の配線104の上に位置し、第1の配線104と接する第1の保護膜108を有する。
1.基本構造
本開示の実施形態の一つに係る配線基板100を図1(A)、図1(B)の断面模式図を用いて説明する。図1(A)に示すように、配線基板100は、ベースフィルム102、ベースフィルム102上の第1の配線104、および第1の配線104の上に位置し、第1の配線104と接する第1の保護膜108を有する。
ベースフィルム102は有機化合物を含む。用いられる有機化合物は誘電率と誘電正接が低いことが好ましく、例えば誘電率が2.0以上4.0以下であり、誘電正接が1×10-4以上1×10-2以下、あるいは1×10-3以上1×10-2以下の有機化合物をベースフィルム102として使用することができる。このような有機化合物は典型的にはポリイミドを基本骨格とする高分子(以下、単にポリイミドと記す)であり、ポリイミドは鎖状でも良く、分子間で架橋していてもよい。ベースフィルム102に対し、エポキシ樹脂や酸化ケイ素の微粒子、ガラスファイバーなどを混合してもよい。ベースフィルム102は可撓性を有してもよい。
第1の配線104は、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、モリブデン、金、銀、鉄、クロムなどの金属やこれらの合金を含むことができ、典型的には銅を含む。第1の配線104は、その一部はベースフィルム102に設けられる開口内に、一部はベースフィルム102の上面の一部を覆うように配置される。第1の配線104の、ベースフィルム102よりも上の部分の厚さは0.5μm以上50μm以下、1μm以上20μm以下、あるいは1μm以上10μm以下とすることができる。図1(A)、図1(B)では二つの第1の配線104が図示されているが、第1の配線104の数に制約はない。
第1の配線104の平面形状には制約が無く、要求される機能に基づいて決定される。例えば第1の配線104は、図2(A)に示すように、主として一つの方向に延伸するように設けることができる。この場合、第1の配線104の幅Wは10μm以上1000μm以下の範囲で選択することができる。あるいは図2(B)に示すように、第1の配線104はメッシュ状の形状を有してもよい。この場合、幅W(すなわち、メッシュ形状に設けられる隣接する開口間の距離)は5μm以上500μm以下の範囲で選択することができる。あるいは図3に示すように、第1の配線104は、配線基板100の平面形状と同一、あるいはほぼ同一の形状を有してもよい。この場合、幅Wは1000μよりも大きく、かつ7cm以下の範囲から選択される。
図1(A)に示すように、第1の保護膜108は、第1の配線104の上面や側面、ベースフィルムの上面と接する。また、第1の保護膜108は三層構造を有する。具体的には、第1の保護膜108は第1の無機化合物層108a、第1の無機化合物層108aの上に位置し、第1の無機化合物層108aと接する第2の無機化合物層108b、および第2の無機化合物層108bの上に位置し、第2の無機化合物層108bと接する第3の無機化合物層108cを有する。
第2の無機化合物層108bの誘電率は、第1の無機化合物層108aや第2の無機化合物層108bのそれよりも小さいことが好ましい。より具体的には、第1の無機化合物層108aと第3の無機化合物層108cは窒化ケイ素、あるいは炭化ケイ素(シリコンカーバイド)を含む。すなわち、第1の無機化合物層108aと第3の無機化合物層108cは、ケイ素と窒素、あるいはケイ素と炭素を主な構成元素として含む。一方、第2の無機化合物層108bは酸化ケイ素あるいは酸化窒化ケイ素を含む。すなわち、第2の無機化合物層108bはケイ素と酸素を構成元素として含み、さらに窒素を含有してもよい。窒素を含む場合、その組成は酸素の組成よりも小さい。これらの第1の無機化合物層108a、第2の無機化合物層108b、第3の無機化合物層108cは、プラズマ存在下、化学気相堆積(CVD)法(プラズマCVD法)によって形成される。
第1の無機化合物層108a、第2の無機化合物層108b、および第3の無機化合物層108cの厚さは、任意に決定することができる。例えば、第1の無機化合物層108aの厚さは、第2の無機化合物層108bや第3の無機化合物層108cの厚さよりも小さく、例えば0.05μm以上0.2μm以下、典型的には0.1μmとすることができる。第2の無機化合物層108bの厚さは、第1の無機化合物層108aや第3の無機化合物層108cの厚さよりも大きく、0.5μm以上10μm以下、あるいは1μm以上5μm以下とすることができる。第3の無機化合物層108cの厚さは0.2μm以上1μm以下、あるいは0.3μm以上0.7μm以下、典型的には0.5μmとすることができる。すなわち、第1の無機化合物層108a、第2の無機化合物層108b、第3の無機化合物層108cの厚さをそれぞれT1、T2、T3とすると、以下の関係が成立するように第1の保護膜108を構成してもよい。
T1<T3<T2
T1<T3<T2
図1(B)に示すように、第2の無機化合物層108bの厚さは、第1の配線104の、ベースフィルム102よりも上の部分の厚さよりも大きくてもよい。この場合、複数の第1の配線104が近接しても、隣接する第1の配線104間において、第3の無機化合物層108cの底面は第1の配線104の上面よりも上に位置する。すなわち、断面において第3の無機化合物層108cは隣接する第1の配線104によって挟持されない。このため、誘電率の比較的高い第3の無機化合物層108cと隣接する第1の配線104によって容量(寄生容量)が形成されることを防ぐことができる。また、第1の無機化合物層108aの厚さを第2の無機化合物層108bの厚さより小さくすることで、第1の無機化合物層108aと隣接する第1の配線104によって大きな容量が形成されることも同時に防ぐことができる。その結果、寄生容量の発生とこれに伴う信号伝送速度の低下を防止することができる。
図1(A)や図1(B)に示すように、第1の保護膜108には、第1の配線104に達する開口が設けられる。これにより、第1の配線104と他の配線、あるいは配線基板100上に設けられる半導体チップなどとの電気的接続が行われる。
任意の構成として、配線基板100は第1の保護膜108上に第2の保護膜110を有してもよい。第2の保護膜110も高分子を含むことができ、高分子としてはポリイミドやポリアミド、ポリエステル、ポリカルボナート、ポリシロキサンなどが挙げられる。第2の保護膜110に含まれる材料とベースフィルム102に含まれる材料は同一でも良い。この場合、不純物濃度の相違に起因し、第2の保護膜110の誘電率や誘電正接は、第1の保護膜108のそれよりも高くてもよい。
さらに任意の構成として、配線基板100は第1の配線104の下に位置し、第1の配線104と電気的に接続される下部配線112を有してもよい。下部配線112はベースフィルム102に覆われる。第1の配線104と同様、下部配線112も上述した金属、あるいは合金を含み、典型的には銅を含む。下部配線112と第1の配線104を用いることで半導体チップとメイン基板との電気的接続を行うことができる。
第1の配線104の底面や側面、下部配線112の底面に接するように、それぞれシード層106、114を設けてもよい。シード層106、114はチタン、ニッケル、クロム、銅、金などの金属、あるいはこれらの合金などを含み、典型的には銅を含む。シード層106、114を形成することで、後述するように第1の配線104や下部配線112を電解めっき法によって形成することができる。なお、図示していないが、それぞれのシード層106、114の下に、さらにバリア層を設けてもよい。より具体的には、後述するアンダーコート118とシード層114の間、および下部配線112とシード層106の間にバリア層を設けてもよい。バリア層に含まれる材料は、チタンやタンタル、モリブデン、タングステンなどの金属やその合金、あるいはこれらの窒化物から選択され、第1の配線104や下部配線112に含まれる金属よりも高い融点を有する導電性材料であることが好ましい。バリア層を設けることで、第1の配線104や下部配線112に含まれる金属がベースフィルム102へ拡散することを防ぐことができる。
さらに任意の構成として、配線基板100は基板116をベースフィルム102の下に有してもよい。基板116に用いられる材料としては、ガラスやシリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、セラミックス、あるいはガラスと樹脂の複合材料などが挙げられる。樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが例示される。基板116を設ける場合、基板116とベースフィルム102の間にはアンダーコート118を設けてもよい。アンダーコート118は基板116から金属イオンなどの不純物がベースフィルム102へ拡散することを防止する機能を有する膜であり、例えば酸化ケイ素や窒化ケイ素などのケイ素含有無機化合物を含む。アンダーコート118は単層構造を有してもよく、異なる材料を含む複数の膜によって構成されてもい。
高周波素子などの高い動作周波数(例えば1GHzから100GHz)が要求される半導体装置のインターポーザとして配線基板を用いる場合、信号の伝送損失や遅延を防止するため、配線基板の配線を取り囲む絶縁膜には低い誘電率と誘電正接が求められる。このような性能を満足する材料を用いて絶縁膜(例えば、配線基板100におけるベースフィルム102)を形成した場合でも、配線基板の形成後、外部から水や酸素、金属イオンなどの不純物が絶縁膜に侵入し、絶縁膜の誘電率や誘電正接が徐々に増大する。その結果、信号の伝送損失や遅延が生じ、インターポーザに実装される半導体チップの特性に大きな影響を及ぼす。
一方、本実施形態の配線基板100では、第1の配線104や下部配線112を覆うベースフィルム102の上面は、三層構造を有する第1の保護膜108によって覆われる。ここで、第3の無機化合物層108cが存在しない場合、第2の無機化合物層108bに含まれる酸化ケイ素は比較的親水性が高いため、外部から水などの不純物が侵入すると不純物は第1の無機化合物層108a内部へ拡散する。第1の無機化合物層108aは、親水性が低く、かつ、不純物に対するブロッキング性が高い窒化ケイ素を含有するものの、上述したようにその厚さが小さいため、不純物が一部透過する。このため、不純物がベースフィルム102へ侵入し、ベースフィルム102の誘電率や誘電正接が増大する。
しかしながら、第1の保護膜108には、第2の無機化合物層108b上に、第1の無機化合物層108aよりも大きな厚さを有し、窒化ケイ素を含有する第3の無機化合物層108cが備えられる。このため、第2の無機化合物層108bを通して第1の無機化合物層108aやベースフィルム102に不純物が浸入する速度を大幅に低下させることができ、ベースフィルム102の誘電率や誘電正接の増大を抑制することができる。このため、配線基板100に実装される半導体チップの信号の伝送損失や遅延を防止することが可能となる。
2.変形例
上述した構造的特徴は、様々な態様の配線基板にも適用することができる。以下、本実施形態に係る配線基板として、配線基板100と構造が異なる配線基板120、150、160、170について述べる。
上述した構造的特徴は、様々な態様の配線基板にも適用することができる。以下、本実施形態に係る配線基板として、配線基板100と構造が異なる配線基板120、150、160、170について述べる。
図4に示すように、配線基板120はベースフィルム102と、ベースフィルム102に埋め込まれる複数の積層された接続配線層を有している。ここでは第1の接続配線層122、第2の接続配線層124、第3の接続配線層126、および第4の接続配線層128を含む四つの接続配線層がベースフィルム102内に積層された例が示されている。
第1の接続配線層122は、ベースフィルム102に埋め込まれた第1の接続配線130a、130bを有する。同様に、第2の接続配線層124は、ベースフィルム102に埋め込まれた第2の接続配線132を有し、第3の接続配線層126はベースフィルム102に埋め込まれた第3の接続配線134a、134bを有する。第4の接続配線層128は、配線基板100と同様、第1の配線104が備えられ、第1の配線104とベースフィルム102に接するように第1の保護膜108が配置される。第1の配線104は、これらの接続配線130a、132、134aを介して下部配線112と電気的に接続される。第1の配線104と同様、各接続配線層において、接続配線130a、130b、132、134a、134bの上面形状は、図2(A)、図2(B)、図3に示すように、主に一次元方向に延伸した形状でも良く、メッシュ状でもよく、あるいは配線基板100の平面形状とほぼ同一でも良い。任意の構成として各接続配線130a、130b、132、134a、134bの底面や側面にはシード層136a、136b、138、140a、140bを設けてもよい。また、各シード層136a、136b、138、140a、140bの下にバリア層を形成してもよい。その他の構成は配線基板100と同様であるため、説明は割愛する。
配線基板100と同様、配線基板120の第1の保護膜108も第1の無機化合物層108a、第2の無機化合物層108b、第3の無機化合物層108cを有しているため、ベースフィルム102への不純物の侵入が効果的に抑制され、ベースフィルム102に含まれる有機化合物の誘電率や誘電正接の増大を抑制することができる。
図5に示す配線基板150は、ベースフィルム102に埋め込まれた接続配線上に第1の保護膜108と同様、あるいは類似する構造を有する第3の保護膜152が形成されている点で配線基板120と異なる。ここで示した例では、第2の接続配線層124の第2の接続配線132を覆うように、第3の保護膜152が設けられている。第3の保護膜152は、第4の無機化合物層152a、第4の無機化合物層152aの上に位置し、第4の無機化合物層152aと接する第5の無機化合物層152b、第5の無機化合物層152bの上に位置し、第5の無機化合物層152bと接する第6の無機化合物層152cを有する。第4の無機化合物層152a、第5の無機化合物層152b、第6の無機化合物層152cはそれぞれ、第1の保護膜108の第1の無機化合物層108a、第2の無機化合物層108b、第3の無機化合物層108cに対応し、それぞれ同様の構造を有することができる。
このような構造を採用することにより、接続配線層の数が増大してベースフィルム102の厚さが増大しても、ベースフィルム102に不純物が浸入することを効果的に抑制することができ、配線基板150に実装される半導体チップの特性低下を防止することが可能となる。
なお、接続配線を覆う第3の保護膜152は、必ずしも第6の無機化合物層152cを含まなくてもよい。これは、第1の配線104上に三層構造を有する第1の保護膜108が形成されているためである。この場合、第5の無機化合物層152bがベースフィルム102と接する。
図6に示す配線基板160は、第1の保護膜108がベースフィルム102の側面も覆う点で配線基板150と構造が異なる。この構造では、図6に示すように、第4の無機化合物層152aと第1の無機化合物層108aは接してもよい。第1の保護膜108は、基板116の側面を覆ってもよい。図示しないが、接続配線層122、124、126、128間でベースフィルム102の側面は同一平面に位置しなくてもよい。例えば一つの接続配線層のベースフィルム102の側面が、その下の接続配線層のベースフィルム102の上面と重なってもよい。このような構造を採用することにより、ベースフィルム102への不純物の侵入をより効果的に防止することができるため、ベースフィルム102に含まれる有機化合物の誘電率や誘電正接の増大を抑制でき、実装される半導体チップの特性低下を防止することが可能となる。
図7に示す配線基板170は、下部配線112が基板116を貫通する貫通配線として形成されている点で配線基板150と構造が異なる。すなわち、基板116の一方の面(第1の面)にベースフィルム102や複数の接続配線層122、124、126、128が形成され、下部配線112はこの第1面の一部、第1の面に対向する第2の面の一部、および基板116に設けられる貫通孔172の側壁を覆う。シード層114も同様に、第1面の一部、第2の面の一部、および貫通孔172の側壁を覆う。下部配線112と第1の配線104を用いることで半導体チップとメイン基板との電気的接続を行うことができる。
上述したように、図5から図7に示した配線基板150、160、170は、ベースフィルム102内部に位置する複数の接続配線から選択される一つ、あるいは複数の接続配線(ここで示した例では第2の接続配線132a)と接する第3の保護膜152を有している。すなわち、接続配線に含まれる銅などの金属と第4の無機化合物層152aが接する。この場合、ベースフィルム102に不純物が浸入すると、接続配線の表面が酸化し、接続配線と第4の無機化合物層152a間の密着性が低下する。また、これらの接続配線と第4の無機化合物層152aに含まれる材料の熱膨張係数は大きく異なるため、これらの間に発生する膜応力に起因して剥離が生じる。
しかしながら上述したように、本実施形態を適用することにより、ベースフィルム102への不純物の侵入を効果的に防止することができる。このため、接続配線の酸化が防止され、ベースフィルム102内部において接続配線と第3の保護膜152との剥離を効果的に防ぐことができる。このため、配線基板に実装される半導体チップの信号の伝送損失や遅延を抑制することができるだけでなく、半導体チップと配線基板を含む半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。
(第2実施形態)
本実施形態では、図7に示した配線基板170の作製方法を、断面模式図を用いて説明する。第1実施形態で述べた構成と類似する、あるいは同一の構成については説明を割愛することがある。
本実施形態では、図7に示した配線基板170の作製方法を、断面模式図を用いて説明する。第1実施形態で述べた構成と類似する、あるいは同一の構成については説明を割愛することがある。
最初に、基板116に貫通孔172を形成する(図8(A))。ガラス基板を基板116として用いる場合、貫通孔172はプラズマエッチングやウェットエッチングなどのエッチング、レーザ照射、あるいはサンドブラストや超音波ドリルなどの機械的な加工によって形成すればよい。貫通孔172の数や大きさは配線基板170の設計に従って任意に決定することができる。
この後、シード層114を貫通孔172の側壁や基板116の両面(第1の面、第2の面)を覆うように形成する(図8(B))。シード層114はスパッタリング法やCVD法、無電解めっき、あるいは蒸着法などによって形成することができる。特にスパッタリング法を適用することで、効率よくシード層114が形成される。図示しないが、シード層114の形成の前に、貫通孔172の側壁や基板116の両面にポリイミドやポリアミドなどの有機化合物、あるいは酸化ケイ素や窒化ケイ素などの無機化合物を含む絶縁膜を一層、あるいは複数層形成してもよい。
次に、下部配線112を形成しない領域を保護するためのレジストマスク176を基板116の第1の面と第2の面に形成する(図8(B))。レジストマスク176は、液体のレジストを塗布、硬化することで形成しても良いが、基板116が貫通孔172を有しているため、フィルム状のレジストを第1の面と第2の面に貼り付け、その後露光と現像を行うことで効率よく形成することができる。その後、シード層114に給電して電解めっきを行い、レジストマスク176に覆われていないシード層114上に金属膜を成膜し、下部配線112が形成される(図8(C))。
その後、レジストマスク176を除去し、下部配線112から露出したシード層114をエッチングによって除去する(図8(D))。エッチャントとしては、硫酸などの酸を含むエッチャントを使用することができる。
引き続き、ベースフィルム102の一部を形成する。具体的には、第1実施形態で述べたポリイミドなどの高分子、あるいはその前駆体の溶液や懸濁液を基板116上に塗布し、その後フォトマスクを用いる露光、現像、焼成を行うことで、下部配線112を露出する開口178を有するベースフィルム102を形成する。あるいは上記高分子のフィルムを張り付け、フォトマスクを用いる露光、現像、焼成を行うことでベースフィルム102を形成してもよい。この段階で形成するベースフィルム102の厚さは0.5μmから5μmの範囲で適宜調整される。
次にシード層136をスパッタリング法、CVD法などを適用して形成する(図9(A))。シード層136の厚さは5μm以上20μmの範囲で適宜選択される。シード層136は、一部が開口178を覆うよう、ベースフィルム102上に形成される。なお、シード層136を形成する前に、図示しないバリア層をスパッタリング法などを利用し、開口178やベースフィルム102の表面を覆うように形成してもよい。
次に、下部配線112の形成と同様、レジストマスクの形成、電解めっき法による第1の接続配線130の形成を行い、引き続き、第1の接続配線130に覆われていないシード層136をエッチングによって除去する(図9(B))。バリア層を形成する場合にはシード層136と同時にバリア層が除去される。ここまでの工程により、第1の接続配線層122が形成される。同様のプロセスを繰り返し、第2の接続配線層124を形成する(図10(A))。
次に、第3の保護膜152を形成する。具体的には、プラズマCVD法を適用し、窒化ケイ素を含む第4の無機化合物層152a、酸化ケイ素を含む第5の無機化合物層152bを順次形成する(図10(B))。その後、第2の接続配線132aと重なる開口を有するベースフィルム102を第3の保護膜152上に形成する(図11(A))。この時形成されるベースフィルム102(ベースフィルム102のうち、第3の保護膜152より上の部分)の厚さは、配線基板170に搭載される半導体チップに適合する特性インピーダンスを第1の配線104や接続配線に付与することを考慮し、1μmから10μmの範囲から適宜選択される。
次に、最上層のベースフィルム102に設けられる開口において第3の保護膜152をプラズマエッチングによって除去し、第2の接続配線132aを露出させる。その後、シード層136や第1の接続配線130aの形成と同様の手法を用い、第3の接続配線134a、134b、シード層140a、140bが形成される(図11(B))。同様の手法を繰り返し、第4の接続配線層128の第1の配線104a、104b、シード層106a、106bが形成される(図12)。
引き続き、第1の保護膜108を形成する(図13)。第1の保護膜108は、プラズマCVD法を用い、第1の無機化合物層108a、第2の無機化合物層108b、第3の無機化合物層108cを順次形成することで形成される。その後、第1の接続配線層122のベースフィルム102の形成と同様に、第1の配線104aと重なる開口を有する第2の保護膜110を形成した後(図13)、この開口で露出した第1の保護膜108に対してプラズマエッチングを行って第1の配線104aを露出させる。プラズマエッチングは、例えばCF4やCHF4などのフッ素含アルカンやアルケンを用いればよい。
以上の工程により、図7に示す配線基板170を形成することができる。
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態で述べた配線基板100、120、150、160、170を利用した半導体装置について説明する。ここでは便宜上、配線基板170を利用した半導体装置を代表的な例として説明する。
本実施形態では、第1実施形態で述べた配線基板100、120、150、160、170を利用した半導体装置について説明する。ここでは便宜上、配線基板170を利用した半導体装置を代表的な例として説明する。
図14に示す半導体装置180は、メイン基板182と、その上に積層された複数の配線基板170(配線基板170-1、170-2、170-3)を有する。配線基板170の数に制限はなく、半導体装置180に要求される性能に従って決定される。メイン基板182には図示しない種々の半導体チップ(メモリ装置、中央演算ユニット)や半導体素子(微小電気機械システム(MEMS)など)が接続される。第1実施形態で述べたように、配線基板170は貫通配線として機能する下部配線112を有し、これらは半導体装置180における上下方向の電気的接続に寄与する。最下層の配線基板170-1の下部配線112は、バンプ184-1を介してメイン基板182上に設けられる端子186と電気的に接続される。また、積層された配線基板170-1、170-2、170-3同士もバンプ184-2、184-3によって電気的に接続される。バンプ184には、インジウム、銅、金などの金属、あるいははんだなどの合金が含まれる。
図15に示す半導体装置190のように、積層される配線基板170は互いにサイズや形状が異なっていてもよく、メイン基板182上で積層される配線基板170の数も異なっていてもよい。図15に示した例では、一部の領域では二つの配線基板170-4、170-5が積層され、一部の領域では三つの配線基板170-1、170-2、170-3が積層されている。
図16に示す半導体装置200は、複数の半導体チップ202-1、202-2が配線基板170を介してメイン基板182上に積層された構造を有する。半導体チップ172-1、172-2にはそれぞれ端子186が形成され、これらがバンプ184を介して配線基板170の下部配線112、および第1の配線104と電気的に接続される。これにより、半導体チップ202-1、202-2が互いに電気的に接続される。また、ワイヤ配線206により、半導体チップ202-2とメイン基板182を電気的に接続してもよい。図14から図16では、貫通配線として機能する下部配線112が直接バンプ184と接続されるように示されているが、バンプ184と下部配線112の間にリード配線などの他の配線が設けられてもよい。
本実施例では、第1実施形態の配線基板に対して信頼性試験を行った結果について述べる。用いた配線基板は配線基板170であり(図7参照)、第4の無機化合物層152aと第5の無機化合物層152bの厚さはそれぞれ0.1μm、2.0μmであった。第1の無機化合物層108a、第2の無機化合物層108b、および第3の無機化合物層108cの厚さはそれぞれ0.1μm、0.5μm、0.4μmであった。
作製した配線基板を温度130℃、湿度85%の条件下で96時間静置し、その後光学顕微鏡を用いて第1の配線104や接続配線130a、130b、132、134a、134bを観察した。その結果、配線形状や配線の幅に依存せず、第2の接続配線132と第4の無機化合物層152a間での剥離は観察されなかった。
これに対し、比較例として、配線基板170と同様の構造を有するものの第1の保護膜108を持たない配線基板を用いた場合、上記配線は、幅や形状にかかわらず、いずれも表面が赤く変色していることが確認された。これは、配線が外部から侵入した不純物によって酸化されていることを示唆する。また、第2の接続配線132と第4の無機化合物層152a間では、配線の幅が小さい領域(例えば幅が10μm以下の配線、あるいは幅が5μmのメッシュ状の配線)では剥離は起こらなかったものの、それ以外の領域では剥離が生じていることが確認された。
この実施例で示したように、三層構造を有する保護膜を適用することにより、信頼性の高い配線基板を提供することが可能になることが確認された。
本開示の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本開示の要旨を備えている限り、本開示の範囲に含まれる。
また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本開示によりもたらされるものと理解される。
100:配線基板、102:ベースフィルム、104:第1の配線、104a:第1の配線、104b:第1の配線、106:シード層、106a:シード層、106b:シード層、108:第1の保護膜、108a:第1の無機化合物層、108b:第2の無機化合物層、108c:第3の無機化合物層、110:第2の保護膜、112:下部配線、114:シード層、116:基板、118:アンダーコート、120:配線基板、122:第1の接続配線層、124:第2の接続配線層、126:第3の接続配線層、128:第4の接続配線層、130:第1の接続配線、130a:第1の接続配線、130b:第1の接続配線、132:第2の接続配線、132a:第2の接続配線、134:第3の接続配線、134a:第3の接続配線、134b:第3の接続配線、136:シード層、136a:シード層、136b:シード層、138:シード層、140a:シード層、140b:シード層、150:配線基板、152:第3の保護膜、152a:第4の無機化合物層、152b:第5の無機化合物層、152c:第6の無機化合物層、160:配線基板、170:配線基板、172:貫通孔、176:レジストマスク、178:開口、180:半導体装置、182:メイン基板、184:バンプ、186:端子、188:バンプ、190:半導体装置、200:半導体装置、202:半導体チップ、206:ワイヤ配線
Claims (21)
- 基板、
前記基板上に積層された複数の配線層、および
前記複数の配線層上に位置し、最上層の前記配線層の接続配線を露出する開口を有し、前記複数の配線層の側面の少なくとも一部を覆う第1の保護膜を備え、
前記複数の配線層の各々は、
貫通孔を有する有機膜、および
前記貫通孔に配置された接続配線を有し、
前記第1の保護膜は、
第1の無機化合物層、
前記第1の無機化合物層上の第2の無機化合物層、および
前記第2の無機化合物層上の第3の無機化合物層を有する、配線基板。 - 前記第3の無機化合物層の厚さは、前記第1の無機化合物層の厚さよりも大きく、前記第2の無機化合物層よりも小さい、請求項1に記載の配線基板。
- 隣接する前記複数の配線層間において、前記接続配線が電気的に接続される、請求項1に記載の配線基板。
- 前記有機膜の誘電正接は、1×10-4以上1×10-2以下である、請求項1に記載の配線基板。
- 前記有機膜はポリイミドを含む、請求項1に記載の配線基板。
- 前記基板と前記複数の配線層の間に、最下層の前記配線層の前記接続配線と電気的に接続される下部配線をさらに有する、請求項1に記載の配線基板。
- 前記下部配線は、前記基板を貫通する、請求項6に記載の配線基板。
- 前記第1の無機化合物層と前記第3の無機化合物層は、窒素とケイ素を含み、
前記第2の無機化合物層は、酸素とケイ素を含む、請求項1に記載の配線基板。 - 隣接する前記配線層の間に第2の保護膜をさらに備える、請求項1に記載の配線基板。
- 前記第2の保護膜は、積層された第4の無機化合物層と第5の無機化合物層を含む、請求項9に記載の配線基板。
- 貫通孔を有する有機膜を基板上に形成する工程と前記貫通孔に接続配線を形成する工程を交互に行うことにより、前記有機膜と前記接続配線をそれぞれ有する複数の配線層を積層すること、
前記複数の配線層上に第1の保護膜を形成すること、および
最上層の前記配線層の前記接続配線を露出する開口を有する第1の保護膜を形成することを含み、
前記第1の保護膜は、
第1の無機化合物層、
前記第1の無機化合物層上の第2の無機化合物層、および
前記第2の無機化合物層上の第3の無機化合物層を有する、配線基板の作製方法。 - 前記第3の無機化合物層の厚さは、前記第1の無機化合物層の厚さよりも大きく、前記第2の無機化合物層よりも小さい、請求項11に記載の作製方法。
- 前記複数の配線層の積層は、隣接する前記複数の配線層間において、前記接続配線が電気的に接続されるように行われる、請求項11に記載の作製方法。
- 前記有機膜の誘電正接は、1×10-4以上1×10-2以下である、請求項11に記載の作製方法。
- 前記有機膜はポリイミドを含む、請求項11に記載の作製方法。
- 前記複数の配線層を積層する前に、前記基板上に下部配線を形成することをさらに含み、
前記下部配線は、最下層の前記配線層の前記接続配線と電気的に接続される、請求項11に記載の作製方法。 - 前記下部配線を形成する前に、前記基板に貫通孔を形成することをさらに含み、
前記下部配線は、前記基板の前記貫通孔に形成される、請求項16に記載の作製方法。 - 前記第1の無機化合物層と前記第3の無機化合物層は、窒素とケイ素を含み、
前記第2の無機化合物層は、酸素とケイ素を含む、請求項11に記載の作製方法。 - 隣接する前記配線層の間に第2の保護膜を形成することをさらに含む、請求項11に記載の作製方法。
- 前記第2の保護膜は、積層された第4の無機化合物層と第5の無機化合物層を含む、請求項19に記載の作製方法。
- 前記有機膜は、高分子のフィルム用いて形成される、請求項11に記載の作製方法。
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