JP3976954B2

JP3976954B2 - 多層配線基板の製造方法及び半導体装置

Info

Publication number: JP3976954B2
Application number: JP24207199A
Authority: JP
Inventors: 昭雄六川; 泰愛堀川; 正行佐々木; 晃藤沢
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP2001068858A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板の製造方法及び半導体装置に関し、より詳細には、半導体素子を搭載するパッケージとして供されるビルドアップ多層配線基板において信号ライン間のクロストークノイズや電源ライン等の電位の変動を防止するのに有用な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリント配線基板は軽量化が要求され、かつ、小型・多ピン化されたＰＧＡ（ピン・グリッド・アレイ）やＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）等を搭載すべく、配線の微細化及び高密度化が要求されている。しかし、従来のプリント配線基板は、ビア・ホールの形成に多くの面積を必要としていたため、設計の自由度が制限され、配線の微細化が困難であった。そこで、近年実用化が進んできたのが、ビルドアップ法を用いたプリント配線基板（ビルドアップ多層配線基板）である。
【０００３】
ビルドアップ多層配線基板は、層間絶縁層の材料とビア・ホール形成プロセスの組合せにより多種類のものが作製可能であり、その製造プロセスは、一般的には、絶縁層の形成、絶縁層におけるビア・ホールの形成、及び、ビア・ホールの内部を含めた導体層（配線パターン）の形成を順次繰り返して積み上げていくものである。このようなビルドアップ法によって得られた多層配線基板では、集積度等が進展した半導体素子（デバイス）でも搭載することが可能である。
【０００４】
しかしその反面、かかる多層配線基板では配線パターンが高密度に（つまり互いに近接して）形成されているため、信号ラインを構成する配線パターン間でクロストークノイズが生じたり、また電源ラインを構成する配線パターンではその電源電位が変動したりするなどの問題が生じる。
そのため、これに対処するための手段として、従来より、半導体素子（デバイス）を搭載した多層配線基板にチップコンデンサ等の容量素子を付設して信号ラインや電源ラインをデカップリングすることが行われている。
【０００５】
しかしながら、このような多層配線基板では、チップコンデンサを設けた分だけ配線パターンの設計自由度が制限されたり、或いはチップコンデンサと半導体素子の電源／グランド端子との間を接続する配線パターンの引き回し距離が長くなってインピーダンス（特にインダクタンス）の増大を招くことがある。インダクタンスが大きいと、チップコンデンサによる「デカップリング」効果が薄れてしまうので、インダクタンスは出来るだけ小さい方が望ましい。つまり、チップコンデンサ等の容量素子は半導体素子に出来るだけ近くに配置することが望ましい。
【０００６】
また、チップコンデンサ等の容量素子を多層配線基板に付設するため、多層配線基板が全体として大型化し、また重くなるおそれもある。これは、最近の半導体パッケージの小型化の要求に応えることを困難にするものである。
特に、高速のスイッチング動作が要求される高周波用の半導体素子を搭載する多層配線基板では、周波数の上昇に伴いクロストークノイズが発生し易くなり、またスイッチング素子が高速にオン／オフすることにより電源ライン等の電位が変動し易くなるため、チップコンデンサ等を多層配線基板に設ける必要性はより一層高くなり、上述したような問題は一層顕在化する。
【０００７】
そこで、かかる問題点に対処するために、従来技術の一例として、チップコンデンサ等の容量素子を多層配線基板に付設する代わりに、同等の容量素子を多層配線基板内に形成する（つまり内装する）ことが提案されている。その技術の一例は、例えば特開平１０−９３２４６号公報に開示されている。
この公報に開示された技術では、多層配線基板内に特定値以上の比誘電率をもつ高誘電率樹脂層を形成し、この高誘電率樹脂層を容量素子（コンデンサ部）の誘電体層として用いている。従って、チップコンデンサ等の容量素子を付設した従来の多層配線基板に比べて、配線パターンの引き回し距離を相対的に短くすることができ、また、容量素子が多層配線基板に内装されているので基板全体として小型化及び軽量化を図ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術（特開平１０−９３２４６号公報）では、チップコンデンサ等の容量素子を付設した従来の多層配線基板がかかえる問題点に対処するために、容量素子（コンデンサ部）を多層配線基板内に形成することを開示しているに留まり、その容量素子（コンデンサ部）を多層配線基板内のどの部分に設けるか、またどのような形態で設けるかについては、特定的に明示されていない。
【０００９】
例えば、電源用の導体層とグランド用の導体層の間に高誘電率樹脂層（コンデンサ部の誘電体層）を設けた場合にはデカップリング効果は期待できるが、電源用又はグランド用の導体層と信号用の導体層との間、又は信号用の導体層間に高誘電率樹脂層を設けた場合には、大きなキャパシタンスをもつ素子（高誘電率樹脂層）が信号ライン（信号用の導体層）に接続されることになり、これによって信号の遅延や信号ライン間のクロストークノイズが増大したり、電源ラインの電位が変動したりするなどの不都合が生じる。
【００１０】
つまり、多層配線基板内で容量素子（コンデンサ部）を設ける場所によっては上記のような問題が発生し、容量素子を設けることによって本来奏すべきデカップリング効果が薄れてしまうという課題があった。デカップリング効果が十分でないと、多層配線基板に搭載する半導体素子が誤動作するおそれもある。このような点について、上記の従来技術（特開平１０−９３２４６号公報）は一切言及しておらず、また示唆すらしていない。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術における課題に鑑み創作されたもので、信号遅延やクロストークノイズの発生、電源ラインの電位の変動等を抑制するのに十分なデカップリング効果を奏し、ひいては搭載する半導体素子の動作信頼性の向上に寄与することができる多層配線基板の製造方法及び半導体装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するため、本発明の一形態によれば、配線パターンが形成された導体層が樹脂層を介して多層に形成され、前記配線パターン間が前記樹脂層を貫通するビア・ホールによって電気的に接続されている多層配線基板の一方の面が、搭載される半導体素子の電極端子と接続される半導体素子用パッドが形成された半導体素子搭載面であり、多層配線基板の他方の面が、外部接続端子と接合される外部接続端子用パッドが形成された外部接続端子接合面である、多層配線基板を製造する方法であって、前記半導体素子用パッドが形成され、且つ該半導体素子用パッドを介在して金属板が形成された半導体素子搭載層から前記外部接続端子用パッドが形成された外部接続端子接合層の方向に向かって順次導体層及び樹脂層を形成する工程を含み、電源用の配線パターンを含む導体層とグランド用の配線パターンを含む導体層との間の樹脂層を、厚さが１０μｍ以下で、且つ誘電率が２０以上の無機フィラーが配合された有機樹脂からなる高誘電体層によって形成するとともに、信号用の配線パターンを含む導体層と前記電源用の配線パターン又はグランド用の配線パターンを含む導体層との間の樹脂層、及び信号用の配線パターンを含む導体層間の樹脂層を、厚さが１０μｍよりも厚く、且つ前記高誘電体層よりも低い誘電率を有する有機樹脂からなる低誘電体層によって形成し、さらに、前記半導体素子搭載層から前記外部接続端子接合層の方向に向かって順次導体層及び樹脂層を形成する工程を経て得られた中間体の、前記半導体素子搭載層上に形成された前記金属板の、半導体素子搭載領域に対応する部分を除去して、枠状の補強板を形成する工程を含むことを特徴とする多層配線基板の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明に係る多層配線基板の製造方法によれば、電源用の配線パターンが形成された導体層とグランド用の配線パターンが形成された導体層との間に高誘電体層（コンデンサ部の誘電体層）が設けられているので、デカップリング効果を奏することができる。この場合、高誘電体層は、比較的高い誘電率（一般に誘電体と呼ばれている物質の誘電率は３〜４程度であるのに対し、本発明の場合には２０以上）をもって、比較的薄く（１０μｍ以下）形成されているので、コンデンサ部のキャパシタンスを相対的に大きくすることができ、デカップリング効果をより一層高めることが可能となる。
【００１４】
一方、信号用の配線パターンが形成された導体層と電源用又はグランド用の配線パターンが形成された導体層との間、及び信号用の配線パターンが形成された導体層間には、上記コンデンサ部の誘電体層（高誘電体層）よりも低い誘電率をもつ低誘電体層が比較的厚く（１０μｍよりも厚く）形成されているので、この部分に形成されるキャパシタンスの大きさを相対的に小さくすることができる。これによって、従来技術に見られたような不都合（信号遅延やクロストークノイズの増大、電源ラインの電位の変動など）を解消することができる。
【００１５】
このように本発明によれば、信号遅延やクロストークノイズの発生、電源ラインの電位の変動等を抑制するのに十分なデカップリング効果を奏することができるので、本多層配線基板に搭載される半導体素子の動作信頼性を高めることが可能となる。
また、従来のビルドアップ法を用いた多層配線基板のプロセスとは違い、本発明に係るプロセスでは、半導体素子用パッドが形成された半導体素子搭載層から外部接続端子用パッドが形成された外部接続端子接合層の方向に向かって順次導体層及び樹脂層を形成するようにしているので、半導体素子搭載層は最初に形成されることになり、従来のように半導体素子搭載面の平坦性が損なわれるといった問題は生じない。これにより、半導体装置を構成する際に半導体素子とパッケージ（多層配線基板）との接続不良の可能性を排除することができる。なお、この場合に最後に形成される外部接続端子接合層では、それまでに形成した層の凹凸の影響を受けているが、一般に外部接続端子のサイズは半導体素子の電極端子のそれよりも十分に大きいので、外部接続端子接合面での多少の凹凸は吸収することができ、実質上問題とはならない。さらに、半導体素子搭載面に形成された金属板を周縁に沿って枠状に残し、補強板（スティフナ）として機能させているので、パッケージ（多層配線基板）全体としての強度を高めることができる。
【００１６】
さらに、本発明の他の形態によれば、上述した一形態に係る多層配線基板の製造方法によって製造された多層配線基板に半導体素子が搭載されていることを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態に係るビルドアップ多層配線基板の構成を示したものである。
本実施形態のビルドアップ多層配線基板１０は、基本的には銅（Ｃｕ）の導体層（パッド１５，２２ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ，３１ａ、又は配線パターン２２ｂ，２５ｂ，２７，２９，３１）が有機樹脂からなる絶縁層１６，２４，２６，２８，３０を介して多層に積層されたものであり、特に、コンデンサ部（２２ｂ，２３，２５ｂ）が特定の厚さで且つ特定の誘電率をもって基板１０に内装されていることを特徴とするものである。
【００１８】
後で詳述するように、コンデンサ部を構成する誘電体層は、厚さが１０μｍ以下で、且つ誘電率が２０以上の無機フィラーが配合された有機樹脂からなる高誘電体層２３によって形成されており、またコンデンサ部を構成する誘電体層（高誘電体層２３）を挟む両側の電極は、その上下にそれぞれ形成された電源用の配線パターン２２ｂを含む導体層２２とグランド用の配線パターン２５ｂを含む導体層２５とによって構成されている。
【００１９】
また、電源用の配線パターン２２ｂ又はグランド用の配線パターン２５ｂを含む導体層２２，２５と信号用の配線パターンを含む導体層１５，２７との間に挟まれている樹脂層（絶縁層１６，２６）、及び信号用の配線パターンを含む導体層２７，２９，３１間に挟まれている樹脂層（絶縁層２８，３０）は、厚さが１０μｍよりも厚く、且つコンデンサ部の高誘電体層２３よりも低い誘電率を有する有機樹脂からなる低誘電体層によって形成されている。
【００２０】
誘電率が２０以上の無機フィラー（誘電材）としては、粒径が５μｍ以下のセラミック粉末が用いられ、好適にはペロブスカイト型構造のセラミック粉末が用いられる。具体例としては、ＢａＴｉＯ₃、ＰＺＴ、ＳｒＴｉＯ₃等を挙げることができる。これら誘電材粉末は、市販品のものを用いることができるが、加熱処理を施してから使用することが好ましい。例えば、誘電材粉末としてＳｒＴｉＯ₃を用いる場合、大気中において６００℃以上の加熱温度で１時間以上の処理を行うことが望ましい。
【００２１】
また、コンデンサ部の高誘電体層２３に含まれる有機樹脂としては、例えば、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、イミド構造を有する樹脂、フルオレン構造を有する樹脂等を好適に用いることができる。低誘電体層（絶縁層１６，２６，２８，３０）を構成する有機樹脂についても、同様の樹脂を好適に用いることができる。
【００２２】
また、２４はコンデンサ部の高誘電体層２３との間に段差が生じないようにするためにコンデンサ部の周囲に形成された絶縁層を示し、上記の低誘電体層と同じ有機樹脂からなっている。
また、ビルドアップ多層配線基板１０の一方の面は外部接続端子接合面として用いられ、他方の面は半導体素子搭載面として用いられる。外部接続端子接合面には、その露出した部分に外部接続端子用パッド３１ａが形成され、外部接続端子用パッド３１ａの領域を除いて、保護膜としてのソルダレジスト層４０が形成されている。外部接続端子用パッド３１ａには、破線で示すように外部接続端子としてのはんだボール５０が接合されるようになっている。他方、半導体素子搭載面には、その露出した部分に半導体素子用パッド１５が形成され、その露出した部分を除いて、金属薄膜１２ａ及び補強板としてのＣｕ板１１ａが形成されている。半導体素子用パッド１５には、破線で示すように本基板１０に搭載されるべき半導体素子（チップ）５１の電極端子（はんだボール）５２が接続されるようになっている。
【００２３】
さらに、各絶縁層１６，２４，２６，２８，３０の両面に形成されたＣｕの導体層（パッド又は配線パターン）は、各絶縁層を貫通して形成された「埋め込みビア」の形態をもつ層間接続部２１，３２〜３７を介して電気的に接続されている。
本実施形態のビルドアップ多層配線基板１０は、本出願人が以前に提案した技術（特願平１１−６４２４８号）に基づいて作製することができ、具体的には、半導体素子搭載面が形成された半導体素子搭載層（絶縁層１６）から外部接続端子接合面が形成された外部接続端子接合層（絶縁層３０）の方向に、つまり通常行われている積層順序とは逆の方向に、導体層（パッド又は配線パターン）及び絶縁層を順次積層することにより製造され得る。以下、その製造方法を工程順に従って示す図２〜図５を参照しながら説明する。
【００２４】
先ず、最初の工程では（図２（ａ）参照）、配線基板の補強板として用いられる金属板、例えば厚さ０．５ｍｍ程度のＣｕ板１１を用意し、このＣｕ板１１の一方の面に金属薄膜１２を形成する。なお、Ｃｕ板に代えて、ステンレス（ＳＵＳ）鋼板やアルミニウム（Ａｌ）板等を用いてもよい。金属薄膜１２を形成する側のＣｕ板１１の表面の平均粗さ（Ｒａ）は０．１μｍ以下であることが望ましい。もし平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍを越える場合は、０．１μｍ以下となるようにＣｕ板１１の金属薄膜１２の形成面に研磨を施すことが好ましい。
【００２５】
金属薄膜１２は、図示のように２層構造からなり、本実施形態ではＣｕ板１１の上にクロム（Ｃｒ）又はチタン（Ｔｉ）をスパッタリングにより厚さ０．０１μｍ程度に堆積させ（Ｃｒ層（又はＴｉ層）１３）、更にその上にＣｕをスパッタリングにより厚さ０．１μｍ程度に堆積させる（Ｃｕ層１４）ことにより形成される。Ｃｒ層１３は、その上下の層との密着性を向上させるための密着層として機能し、後述するようにＣｕ板１１をエッチング除去する際にそのエッチングを止めるストッパ層としての機能も果たす。また、金属薄膜１２（特にＣｕ層１４）は、後の工程でパッドや配線パターンを形成する際に必要な電解めっき処理のための給電層として機能する。
【００２６】
次の工程では（図２（ｂ）参照）、金属薄膜１２の上に、最終的に半導体素子５１の電極端子５２が接続される半導体素子用パッド１５を形成する。具体的には、先ず金属薄膜１２の上にドライフィルム等の感光性のレジストを形成し、更に半導体素子用パッド１５の形状に従うように露光及び現像（レジストのパターニング）を行い、半導体素子用パッド１５を形成する部分の金属薄膜１２を露出させた後、給電層（金属薄膜１２）からの給電によるＣｕの電解めっきにより、パターニングされたレジストをマスクにしてＣｕの半導体素子用パッド１５を厚さ１０μｍ程度に形成する。
【００２７】
なお、半導体素子用パッド１５の形成に際し、電解めっきの代わりに、例えば錫−銀（Ｓｎ−Ａｇ）めっき等のはんだめっきを行ってもよい。この場合には、半導体素子を搭載する際に、半導体素子用パッド１５へのプリソルダの必要が無くなり、コストと工数の削減に寄与することができる。
次の工程では（図２（ｃ）参照）、半導体素子用パッド１５及び金属薄膜１２を覆うように熱硬化性の樹脂（例えば、熱硬化型のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）等）をスクリーン印刷により厚さ２５μｍ程度に塗布し、更に熱硬化させて絶縁層１６を形成する。
【００２８】
なお、この工程では絶縁層１６を形成する材料として熱硬化性の樹脂を用いているが、これに代えて、感光性の樹脂を用いてもよい。
次の工程では（図２（ｄ）参照）、レーザによる穴明け処理により、金属薄膜１２上の半導体素子用パッド１５の位置に対応する部分の絶縁層１６にビア・ホール１７を円錐台状に形成する。すなわち、絶縁層１６の表面に開口される面積が半導体素子用パッド１５の面によって規定される底面の面積よりも大きくなるようにビア・ホール１７を形成する。レーザとしては、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ又はＣＯ₂レーザが用いられる。
【００２９】
なお、この工程ではビア・ホール１７をレーザによる穴明け処理により形成しているが、かかる処理に代えて、エッチングを行ってもよい。
また、絶縁層１６を形成する材料として感光性の樹脂を用いた場合には、フォトリソグラフィによりビア・ホール１７を形成することができる。
次の工程では（図３（ａ）参照）、ビア・ホール１７（図２（ｄ）参照）の内壁面及び絶縁層１６の表面を覆うようにＣｕをスパッタリングにより堆積させて薄膜状Ｃｕ層１８を形成する。
【００３０】
次の工程では（図３（ｂ）参照）、薄膜状Ｃｕ層１８の上に、この薄膜状Ｃｕ層１８を給電層としてＣｕの電解めっきにより、ビア・ホールを埋め込む程度の厚さにＣｕ層１９を形成する。この結果、図示のように、ビア・ホールの位置に対応する部分のＣｕ層１９の表面に僅かな窪み２０ができる。つまり、Ｃｕ層１９の表面に凹凸部分が残る。
【００３１】
次の工程では（図３（ｃ）参照）、Ｃｕ層１９の表面の凹凸部分を例えば機械研磨等により研磨して平坦にした後、更に、ウエットエッチングにより絶縁層１６の表面が露出するまでレベリング（Ｃｕ層１９の表面部分の除去）を行う。これによって、図示のように、ビア・ホール内にＣｕが充填されて形成された層間接続部（埋め込みビア）２１の端面が、絶縁層１６の表面と同じレベルで平坦に形成される。
【００３２】
次の工程では（図３（ｄ）参照）、層間接続部（埋め込みビア）２１の端面及び絶縁層１６の上に、給電層（金属薄膜１２）からの給電によるＣｕの電解めっきにより、厚さ１０μｍ程度にＣｕ層を形成した後、図２（ｂ）の工程で行った処理と同様にして、フォトリソグラフィによりパターニングされた導体層２２を形成する。この導体層２２は、部分的にパッド２２ａを構成すると共に、コンデンサ部の高誘電体層２３を挟む一方の電極となる電源用の配線パターン２２ｂを構成する。
【００３３】
次の工程では（図４（ａ）参照）、電源用の配線パターン２２ｂ上に、コンデンサ部の高誘電体層２３を厚さ５μｍ程度に形成する。具体的な方法としては、誘電率が２０以上の無機フィラーを含んだ樹脂ペーストをスクリーン印刷により塗布するか、或いは、誘電率が２０以上の無機フィラーを含んだ感光性の樹脂ペースト又は樹脂フィルム（半硬化状態のもの）を「ベタ」状に塗布し又は積層した後、露光及び現像により樹脂層をパターニングする。なお、図示の例では、本発明の特徴がよく表れるように電源用の配線パターン２２ｂに比べて高誘電体層２３の方を厚めに示している。
【００３４】
次の工程では（図４（ｂ）参照）、コンデンサ部の周囲にコンデンサ部の高誘電体層２３の表面と同じレベルまで絶縁層２４を形成する。つまり、高誘電体層２３との間に段差が生じないように平坦化を行う。絶縁層２４は、例えば、樹脂ペーストをスクリーン印刷により塗布することで形成され得る。
次の工程では（図４（ｃ）参照）、高誘電体層２３及び絶縁層２４の上に、給電層（金属薄膜１２）からの給電によるＣｕの電解めっきにより、厚さ１０μｍ程度にＣｕ層を形成し、更に図２（ｂ）の工程で行った処理と同様にして、フォトリソグラフィによりパターニングされた導体層２５を形成する。この導体層２５は、部分的にパッド２５ａを構成すると共に、コンデンサ部の高誘電体層２３を挟む他方の電極となるグランド用の配線パターン２５ｂを構成する。
【００３５】
これによって、本発明の特徴をなすコンデンサ部（２２ｂ，２３，２５ｂ）が特定の厚さで且つ特定の誘電率をもって基板１０に内装されたことになる。
次の工程では（図５（ａ）参照）、図２（ｃ）〜図３（ｄ）の工程で行った処理を適宜繰り返し、半導体素子搭載層側から外部接続端子接合層側の方向に（図示の例では上側から下側に向かう方向に）順次各層を形成することで、ビルドアップ多層配線基板の中間体１０ａを得る。
【００３６】
図示のように、得られた中間体１０ａの一方の面には、半導体素子用パッド１５が形成された半導体素子搭載面に金属薄膜１２を介してＣｕ板１１が接合されており、中間体１０ａの他方の面には外部接続端子用パッド３１ａが形成されている。ここに、Ｃｕ板１１は、中間体１０ａ等の補強板としての役割を果たすと共に、中間体１０ａ等の搬送等の取扱いを容易にするものである。
【００３７】
最後の工程では（図５（ｂ）参照）、先ずエッチングにより、半導体素子を搭載する領域に対応する部分のＣｕ板１１及び金属薄膜１２を除去し、半導体素子搭載面を露出させる。かかる処理は以下のように行われる。
先ずＣｕ板１１の上に感光性のレジスト（図示せず）を形成し、更に半導体素子を搭載する領域に対応する部分の形状に従うようにレジストのパターニングを行い、当該部分のＣｕ板１１を露出させた後、Ｃｕのみを溶かすエッチング液により、露出したＣｕ板１１を除去する。この際、Ｃｕ板１１のエッチングの完了時期を厳密に管理することは困難である。しかし、上述したようにＣｕ板１１のエッチングの際に金属薄膜１２の一部であるＣｒ層１３がストッパ層として機能するので（図２（ａ）参照）、Ｃｕ板１１のエッチングが完了した際に半導体素子用パッド１５が更にエッチングされるのを防止することができる。
【００３８】
次いで、Ｃｒのみを溶かすエッチング液により金属薄膜１２のＣｒ層１３を除去し、更にＣｕのみを溶かすエッチング液により金属薄膜１２のＣｕ層１４も除去する。これによって、半導体素子搭載面が露出する。
なお、Ｃｕを溶かすエッチング液により金属薄膜１２のＣｕ層１４を除去した時、半導体素子用パッド１５を構成するＣｕも同様に除去されて不都合が生じるように見えるが、上述したようにＣｕ層１４の膜厚は０．１μｍ程度であるのに対し、半導体素子用パッド１５の膜厚は１０μｍ程度であるので、実質上問題とはならない。
【００３９】
以上のエッチング処理により、中間体１０ａの半導体素子搭載面側で周縁に沿って枠状にＣｕ板１１ａ及び金属薄膜１２ａが残留する。このＣｕ板１１ａは、ビルドアップ多層配線基板１０の補強板すなわちスティフナとして機能する。
次いで、外部接続端子接合面に感光性のソルダレジスト層４０を形成し、更に外部接続端子用パッド３１ａの形状に従うように露光及び現像（ソルダレジスト層のパターニング）を行い、外部接続端子用パッド３１ａの領域に対応する部分のソルダレジスト層４０に開口部を形成する。これによって、外部接続端子用パッド３１ａが露出し、他の部分の外部接続端子接合面がソルダレジスト層４０によって覆われたことになる。このソルダレジスト層４０は、ビルドアップ多層配線基板１０の保護膜として機能する。
【００４０】
以上の工程により、図１に示すビルドアップ多層配線基板１０を得ることができる。なお、本実施形態では絶縁層等を構成する材料として有機樹脂を用いているため、プロセス温度は出来るだけ低い方が望ましく、好適には２００℃以下のプロセス温度で形成するのが好ましい。
本実施形態のビルドアップ多層配線基板１０をマザーボード等の他のプリント配線基板に搭載する際には、外部接続端子接合面側に接着されるはんだボール５０を介して行う。すなわち、ビルドアップ多層配線基板１０とマザーボード等の他のプリント配線基板の接続は、当該基板１０から露出した外部接続端子用パッド３１ａ上にはんだボール５０をリフローにより接着した後、はんだボール５０を他のプリント配線基板の対応するパッド上にリフローにより接着することで行われる。同様に、ビルドアップ多層配線基板１０に半導体素子５１を搭載する際にも、両者間の接続は、半導体素子５１の電極端子（はんだボール）５２をビルドアップ多層配線基板１０の対応する半導体素子用パッド１５上にリフローにより接着することで行われる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係るビルドアップ多層配線基板及びその製造方法によれば、電源用の配線パターン２２ｂが形成された導体層２２とグランド用の配線パターン２５ｂが形成された導体層２５との間に高誘電体層２３が設けられ、この高誘電体層２３を、２０以上の高い誘電率をもって、５μｍ程度に薄く形成しているので、コンデンサ部（２２ｂ，２３，２５ｂ）のキャパシタンスを相対的に大きくすることができる。これによって、十分なデカップリング効果を奏することができる。
【００４２】
また、信号用の配線パターンが形成された導体層１５，２７と電源用又はグランド用の配線パターンが形成された導体層２２，２５との間、及び信号用の配線パターンが形成された導体層２７，２９，３１間には、高誘電体層２３よりも低い誘電率をもつ低誘電体層１６，２６，２８，３０が１０μｍよりも厚く形成されているので、この部分に形成されるキャパシタンスの大きさを相対的に小さくすることができる。これによって、従来技術に見られたような信号遅延やクロストークノイズの増大、電源ラインの電位の変動等の不都合を解消することができる。
【００４３】
このように、信号遅延やクロストークノイズの発生、電源ラインの電位の変動等を抑制するのに十分なデカップリング効果を奏することができるので、多層配線基板１０に搭載する半導体素子５１が誤動作するおそれも無くなり、その動作信頼性を高めることが可能となる。
また、従来のビルドアップ法を用いて製造した多層配線基板に比べて、半導体素子搭載面を可及的に平坦面とすることができる。
【００４４】
すなわち、従来のビルドアップ法による多層配線基板のプロセスでは、外部接続端子接合面が形成された外部接続端子接合層から半導体素子搭載面が形成された半導体素子搭載層の方向に向かって順次導体層及び絶縁層を形成していたため、最後に形成される半導体素子搭載層では、それまでに形成した層の凹凸が積層されて拡大し、半導体素子搭載面の平坦性が損なわれることがあった。
【００４５】
これに対し本実施形態では、従来の積層順序とは逆の方向にしているので、半導体素子搭載層は最初に形成されることになり、従来のように半導体素子搭載面の平坦性が損なわれるといった不都合を解消することができる。これにより、半導体装置を構成する際に半導体素子とパッケージ（多層配線基板）との接続不良の可能性を排除することができる。この場合、最後に形成される外部接続端子接合層では、それまでに形成した層の凹凸の影響を受けているが、一般に外部接続端子（はんだボール）のサイズは半導体素子の電極端子（はんだボール）のそれよりも大きいので、外部接続端子接合面での多少の凹凸は吸収することができ、実質上問題とはならない。また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように中間体１０ａの半導体素子搭載面側で周縁に沿って枠状にＣｕ板１１ａ及び金属薄膜１２ａを残し、補強板（スティフナ）として機能させているので、本パッケージ１０（多層配線基板）全体としての強度を高めることができる。
【００４６】
また、図３（ｃ）に示すように層間接続部２１を、ビア・ホール内にＣｕを充填して形成した中実体、すなわち「埋め込みビア」の構造としているので、外部接続端子接合面の平坦性を向上させることができる。かかる構造は、外部接続端子用パッド３１ａに接合されるはんだボール５０の小粒化が進み、外部接続端子接合面の平坦性がより一層厳密に要求される場合には、特に有利である。
【００４７】
さらに、コンデンサ部を構成する高誘電体層２３の大きさを必要に応じて変えることでその容量を容易に調整することができるので、従来のように所要の容量に応じてチップコンデンサの実装数を調整しなければならないといった手間が無くなる。
さらに、コンデンサ部（２２ｂ，２３，２５ｂ）を形成する工程は多層配線基板１０を製造する工程の一部に含まれているので、従来のように別工程でチップコンデンサを実装する場合に比べて、工程の簡略化を図ることができる。
【００４８】
さらに、多層配線基板（パッケージ）１０内にコンデンサ部を内装しているので、従来形に比して、パッケージの小型化を図ることができる。
図６は本発明の他の実施形態に係るビルドアップ多層配線基板の構成を示したものである。
図示のビルドアップ多層配線基板１００において、１０１は配線基板のベースとなる厚さ０．４ｍｍ程度のコア基板（例えば、ガラス−エポキシ樹脂複合板、ガラスＢＴ〔ビスマレイミド−トリアジン〕樹脂複合板、ポリイミド樹脂等の有機樹脂からなる樹脂フィルム等）、１０２はコア基板１０１に形成されたスルーホールの内壁を含めて基板両面にパターニングにより形成された導体層（パッド１０２ａを含む）、１０３はスルーホールに充填された樹脂（絶縁体）、１０４は配線基板の２層目を構成する厚さ３０μｍ程度の絶縁層としての樹脂層、１０５は樹脂層１０４に形成されたビア・ホール、１０６はビア・ホール１０５の内壁を含めて樹脂層１０４の上にパターニングにより形成された導体層（パッド１０６ａを含む）、１０７は配線基板の３層目を構成する厚さ３０μｍ程度の絶縁層としての樹脂層、１０８は樹脂層１０７に形成されたビア・ホール、１０９はビア・ホール１０８の内壁を含めて樹脂層１０７の上にパターニングにより形成された導体層（パッド１０９ａと、コンデンサ部の一方の電極となるグランド用の配線パターン１０９ｂを含む）、１１０はコンデンサ部の誘電体層を構成する厚さ１０μｍ以下の高誘電体層（樹脂層）、１１１はコンデンサ部の高誘電体層１１０との間に段差が生じないようにするためにコンデンサ部の周囲に形成された絶縁層としての樹脂層、１１２は樹脂層１１１及び１０７に形成されたビア・ホール、１１３はビア・ホール１１２の内壁を含めて樹脂層１１１の上にパターニングにより形成された導体層（パッド１１３ａと、コンデンサ部の他方の電極となる電源用の配線パターン１１３ｂを含む）、１１４は配線基板の上側の４層目を構成する厚さ３０μｍ程度の絶縁層としての樹脂層、１１５は樹脂層１１４及び１１１に形成された埋め込みビア、１１６は樹脂層１１４に形成された埋め込みビア、１１７は配線基板の下側の樹脂層１０７に形成された埋め込みビア、１１８は埋め込みビア１１５，１１６に接続されるように半導体素子搭載面上にパターニングにより形成された導体層（半導体素子用パッド１１８ａを含む）、１１９は埋め込みビア１１７に接続されるように外部接続端子接合面上にパターニングにより形成された導体層（外部接続端子用パッド１１９ａを含む）、１２０は保護膜としてのソルダレジスト層を示す。
【００４９】
このように本実施形態のビルドアップ多層配線基板１００は、図１に示す実施形態のビルドアップ多層配線基板１０と比べて、本発明の特徴をなすコンデンサ部（１０９ｂ，１１０，１１３ｂ）の配置形態を含めた基本的な構成に関して同じである。
構成上の相違点は、半導体素子搭載面に補強板としてのＣｕ板１１ａと金属薄膜１２ａが形成されておらず、その代わりに、保護膜としてのソルダレジスト層１２０が形成されている点、半導体素子搭載層（樹脂層１１４）と外部接続端子接合層（下側の樹脂層１０７）を除く他の樹脂層における層間接続部が、「埋め込みビア」の構造ではなく、ビア・ホールの内壁面に形成された導体層によって構成されている点、補強板としての役割を果たすコア基板１０１の両面にビルドアップ層が積層されている点、である。
【００５０】
また、プロセスに関しては、図１に示す実施形態では半導体素子搭載層（絶縁層１６）から外部接続端子接合層（絶縁層３０）の方向に絶縁層及び導体層を順次積層したが、本実施形態（図６）ではコア基板１０１の両面に絶縁層及び導体層を順次積層している点で、両者は相違する。
本実施形態で用いている方法、すなわち絶縁層（樹脂層）の形成、絶縁層（樹脂層）におけるビア・ホールの形成、及び、ビア・ホールの内部を含めた導体層の形成を適宜繰り返して積み上げていく方法は、当業者には一般に知られている典型的なビルドアップ法である。よって、ここでは特に図示はしていない。
【００５１】
但し、本実施形態では、かかる周知のビルドアップ法のプロセスにおいて、適当な段階で、図３（ｄ）〜図４（ｃ）の工程で行った処理と同様にしてコンデンサ部（１０９ｂ，１１０，１１３ｂ）を形成する。
上述した各実施形態では（図１，図６参照）、コンデンサ部を半導体素子５１の出来るだけ近くに配置してインダクタンスを小さくするという観点から、コンデンサ部をパッケージ（多層配線基板）内の特定の部分、すなわち半導体素子５１が搭載される領域の直下の部分に形成しているが、コンデンサ部を形成する場所はこれに限定されないことはもちろんである。本配線基板に搭載する半導体素子５１の電気的な特性等を考慮して、パッケージ内でコンデンサ部を形成する場所を適宜選定する必要があることは、当業者には明らかであろう。
【００５２】
いずれにせよ、コンデンサ部はパッケージ内の特定の層中に部分的に形成するのが電気的な特性の面では理想的である。
しかし、プロセス上、コンデンサ部の高誘電体層（２３，１１０）をパターン形成できない場合には、１層分全体、いわゆる「ベタ」の層、をコンデンサ部の高誘電体層としてもよい。但しこの場合、容量素子としての効果を十分に発揮させるためには、その高誘電体層の厚さをできるだけ薄くする必要がある。形成方法としては、誘電率が２０以上の無機フィラーを含んだ樹脂ペースト又は樹脂フィルム（半硬化状態のもの）を「ベタ」状に塗布し又は積層する。
【００５３】
また、上述した各実施形態では（図１，図６参照）、外部接続端子としてはんだボール５０を用いた場合について説明したが、外部接続端子の形態はこれに限定されず、例えばピンの形態とすることも可能である。
かかるピンをビルドアップ多層配線基板の外部接続端子として用いる場合、ピンの接合は以下のようにして行われる。例えば、図１の実施形態を参照すると、図５（ｂ）の工程において外部接続端子用パッド３１ａの領域に対応する部分のソルダレジスト層４０に開口部を形成した後、この開口部において露出した外部接続端子用パッド３１ａ上に適量のはんだペーストを載せ、その上に径大の頭部を有するＴ字状のピンの頭部を配置し、更にリフローによりはんだペーストを固め、ピンを接合する。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、多層配線基板内の特定の部分にコンデンサ部を特定の厚さで且つ特定の誘電率をもって内装することにより、信号遅延やクロストークノイズの発生、電源ラインの電位の変動等を抑制するのに十分なデカップリング効果を奏することができる。これは、多層配線基板に搭載する半導体素子の動作信頼性の向上に大いに寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るビルドアップ多層配線基板の構成を示す断面図である。
【図２】図１のビルドアップ多層配線基板の製造工程を示す断面図である。
【図３】図２の製造工程に続く製造工程を示す断面図である。
【図４】図３の製造工程に続く製造工程を示す断面図である。
【図５】図４の製造工程に続く製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るビルドアップ多層配線基板の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，１００…ビルドアップ多層配線基板
１１，１１ａ…Ｃｕ板（補強板）
１２，１２ａ…金属薄膜（Ｃｒ層１３／Ｃｕ層１４）
１５…導体層（半導体素子用パッド）
１６，２４，２６，２８，３０…樹脂層（低誘電体層）
１７…ビア・ホール
２１，３２〜３７…層間接続部（埋め込みビア）
２２ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ…導体層（パッド）
２２ｂ…導体層（電源用の配線パターン）
２３…樹脂層（高誘電体層）
２５ｂ…導体層（グランド用の配線パターン）
２７，２９，３１…導体層（配線パターン）
３１ａ…導体層（外部接続端子用パッド）
４０…ソルダレジスト層（保護膜）
５０…はんだボール（外部接続端子）
５１…半導体素子（チップ）
５２…電極端子（はんだボール）

Claims

配線パターンが形成された導体層が樹脂層を介して多層に形成され、前記配線パターン間が前記樹脂層を貫通するビア・ホールによって電気的に接続されている多層配線基板の一方の面が、搭載される半導体素子の電極端子と接続される半導体素子用パッドが形成された半導体素子搭載面であり、多層配線基板の他方の面が、外部接続端子と接合される外部接続端子用パッドが形成された外部接続端子接合面である、多層配線基板を製造する方法であって、
前記半導体素子用パッドが形成され、且つ該半導体素子用パッドを介在して金属板が形成された半導体素子搭載層から前記外部接続端子用パッドが形成された外部接続端子接合層の方向に向かって順次導体層及び樹脂層を形成する工程を含み、
電源用の配線パターンを含む導体層とグランド用の配線パターンを含む導体層との間の樹脂層を、厚さが１０μｍ以下で、且つ誘電率が２０以上の無機フィラーが配合された有機樹脂からなる高誘電体層によって形成するとともに、信号用の配線パターンを含む導体層と前記電源用の配線パターン又はグランド用の配線パターンを含む導体層との間の樹脂層、及び信号用の配線パターンを含む導体層間の樹脂層を、厚さが１０μｍよりも厚く、且つ前記高誘電体層よりも低い誘電率を有する有機樹脂からなる低誘電体層によって形成し、
さらに、前記半導体素子搭載層から前記外部接続端子接合層の方向に向かって順次導体層及び樹脂層を形成する工程を経て得られた中間体の、前記半導体素子搭載層上に形成された前記金属板の、半導体素子搭載領域に対応する部分を除去して、枠状の補強板を形成する工程を含むことを特徴とする多層配線基板の製造方法。
前記多層配線基板の配線パターンが形成された導体層を２００℃以下の温度で形成することを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板の製造方法。
請求項１又は２に記載の多層配線基板の製造方法によって製造された多層配線基板に半導体素子が搭載されていることを特徴とする半導体装置。