JP4354139B2 - Wiring board manufacturing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラインドビアホールを電気銅めっきにより穴埋めする工程を経て作られる配線基板の製造方法に関して、特にブラインドビアホールを穴埋めする工程に使用する電気銅めっき手段に特徴を有する配線基板の製造方法に関する。
【0002】
近年、電子機器の小型化により、使用されるプリント基板の配線層の高密度化が急速に進められている。このため、ビルドアップ基板と呼ばれる形態の基板が大量に生産されるようになってきた。このビルドアップ基板はコアとなる多層プリント基板の表面に絶縁樹脂層と配線層を交互に積み上げて形成していくものであり、配線層間の導通はビア穴を形成してその内部に銅めっきを行うことによって行われる。従来は、ビア穴の壁面に無電解銅めっきと電気銅めっきの技術を適用して銅層を形成していたが、この方法では、ビア穴上に上方層のビア穴の形成ができないため、パターンの設計の自由度が損なわれるという問題が出てきた。そこで、ビア穴上にビア穴を積み上げることが可能となるよう、ビア穴内を銅で埋めてしまうフィルドビアと呼ばれる方法が注目されるようになった。
【0003】
【従来の技術】
ところが、一般的にこのフィルドビアを電気銅めっきにより行う場合には、アスペクト比(深さ/穴径)の高いブラインドビアホール2では、そのビアホール内にボイドが発生しやすい。フィルドビア電気銅めっきでは、めっき液中に促進剤と抑制剤を添加しており、抑制剤がブラインドビアホール2表面近くのめっき速度を抑え、さらに促進剤が内部のめっき速度を増大させることで、ブラインドビアホール2内の埋め込みが可能となる。しかし、この促進剤の作用によって増進しためっき速度に相当する銅イオンの供給速度に達しない場合に、ボイドが発生する。すなわち、銅めっき液よりの銅イオンの供給速度と、電気めっきによる銅イオンの消耗速度の関係によりボイドの発生が決まることになる。
【0004】
銅イオンの消耗速度は、電流密度が高くなるほど大きくなるわけであるから、高電流密度ほど、ボイドの発生を防止するために銅イオンの供給速度を高めることが重要である。
【0005】
従来は、アスペクト比の大きなブラインドビアホール2の電気めっきでは、電流密度を下げることでボイドを防止していたものであるが、この方法ではめっき加工の生産性を低下させるものである。
【0006】
一方、半導体装置用の銅配線形成のため、ウェハー表面に形成されたビア,トレンチに電気銅めっきを施す工程を含む「ダマシンプロセス」が広く行われるようになってきた。この工程では、開口径(幅)は0.2μm以下,深さ2μm以下のビア,トレンチに対して、穴埋めが行われるが、この程度のサイズでは、ビアの深さ2μm以下のため,銅イオンは拡散により十分に供給されるために、通常に使用される電気銅めっき液でも十分な埋め込み性が見込まれる。また、めっきすべき銅膜厚が1μm以下と小さいため、めっき時間は短くてよく、めっき加工の生産性に対してあまり影響がない。
【0007】
これに対して、図2に示すように、ビルドアップ基板1では、もっと大きな深さのブラインドビアホール2に対して埋め込みを行わねばならない。この場合にはブラインドビアホール2の深さが大きいため、銅イオンの拡散距離(めっき液バルク4〜めっき表面3間の距離)が大きく、拡散の駆動力となる濃度勾配の大きさ(濃度差を拡散距離で割ったもの)が小さくなり、結果として、ブラインドビアホール2内に十分な速度の銅イオン供給が起こりにくくなることがわかった。
【0008】
さらに、ビルドアップ基板1ではめっき膜厚を大きくする必要があるため(>10μm)、めっき時間は通常の電流密度(1A/dm2)でも45分以上を要し
、ボイド防止のために、さらに電流密度を下げることは重大な生産性の低下につながるものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、穴径が0.5〜150μm,深さ2〜100μm,アスペクト比(深さ/穴径)が6以下のブラインドビアホールを有し、そのブラインドビアホールを電気銅めっきにより穴埋めする工程を経て作られるビルドアップ基板において、電流密度を低下させずに、ボイドの発生がない穴埋め可能範囲を広げるようにすることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る発明は、コアとなる多層プリント基板の表面に配線層を形成する工程と、配線層間の導通を形成するめっき工程とからなる配線基板の製造方法において、
前記めっき工程が、穴径が0.5〜150μm,深さ2〜100μm,アスペクト比(深さ/穴径)が6以下のブラインドビアホールを有し、そのブラインドビアホールを電気銅めっきにより穴埋めする工程を経て作られる配線基板の製造方法にあって、ブラインドビアホールを穴埋めする工程に使用する電気銅めっき液は、銅(II)イオン 50〜85g/Lと,硫酸 0〜100g/Lと,塩素イオン 1〜100mg/Lを含み、かつ、促進剤と抑制剤を含むめっき液を用い、該電気銅めっき液の温度が30〜65℃で、該電気銅めっき液が、ブラインドビアホールを有する基板に対して、表面に平行な流速0.05〜0.5m/sの液流を与えて電気めっきを行うこと、
を特徴とする配線基板の製造方法である。
【0011】
本発明の請求項2に係る発明は、電気めっきを電流密度3A/dm 以下で行うことを特徴とする請求項1記載の配線基板の製造方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】
ブラインドビアホール2の底部への銅イオンの供給は、めっき液バルク4からブラインドビアホール2の内部への、拡散と液の対流によってのみ行われるため、その両方の効果を増進させる必要がある。
【0014】
本発明では、この領域のブラインドビアホール2の銅めっきによる埋め込みでは、前述のように、ブラインドビアホール2の内部への銅イオンの供給が不足しやすいため、これを向上できるように、拡散と対流の両方が増進する方法を工夫した。
【0015】
本発明においては、銅イオンの拡散の効果を増進させるため、銅めっき液中の銅濃度を高め、それに加え、めっき液の液温も上昇させる。
【0016】
さらに、本発明においては、めっき液バルク4の対流の効果を増進させるため、ブラインドビアホール2を有するビルドアップ基板1に対して、表面に平行なめっき液バルク4の液流を与えて電気銅めっきを行う。
【0017】
本発明を考案するに至った理論的過程を、以下に示す。
拡散による物質移動は次式のように表現できる。
−dQ/dt=D*(Cb−Co)/δ ―――――(1)
ここで、dQ/dtは物質の流束で、単位時間あたりの物質の移動量である。Dは拡散係数,CbとCoはそれぞれ溶液バルクと電極反応面での物質の濃度,δは濃度勾配が生じている層(拡散層)の距離である。
【0018】
一方、流束と電流密度の関係は次のようになっており、
−dQ/dt=I/(n*F) ―――――(2)
これより、電流密度Iは次式のように表現できる。
I=n*F*D*(Cb−Co)/δ――――(3)
ここで、nは電荷数(Cuではn=2),Fはファラデー定数である。 このI値は、拡散による銅イオンの移動のみを考慮したとき、流すことのできる最大電流密度である。
【0019】
前述のように、フィルドビア電気銅めっきでは、ブラインドビアホール2の内部は促進剤の作用によって高電流密度となるため、Iの値がそれに見合うような銅イオン供給条件を設定しなければならない。もし、条件が不適合であれば、銅イオンの供給不十分により、ブラインドビアホール2内部にボイドが残留する。
【0020】
前記(3)式より、拡散支配の状況において、Iを大きくするには、濃度差(Cb−Co)と拡散係数を大きくすることが必要である。Coは、電極表面4上ではほぼ0になるので、めっき液バルク6のCbを大きくすることが必要であることがわかる。また、拡散係数は、温度を上げることで値を大きくすることができる。
【0021】
濃度勾配が生じている層5(拡散層)の距離であるδについては、小さいほど、Iを大きくすることができる。また、めっき反応が起こっているブラインドホール2の内部では、必ず濃度勾配が生じているから、δはブラインドホール2の深さとほとんど一致すると考えられる。従って、ブラインドホール2の深さが小さいほど電流密度は大きくできる。(図2参照)
【0022】
銅めっき液において、銅イオン濃度を高くする試みは、上述の半導体基板用の銅配線に関してこれまでにも行われていた。例えば、特開2000−80494「銅ダマシン配線用めっき液」では、銅配線を電気銅めっきで形成する工程で、表面の溝や穴中で銅イオンが拡散律速とならないよう、硫酸銅濃度が4〜200g/L(銅濃度1〜50g/L),硫酸濃度が10〜200g/L,塩素イオン濃度が0〜100mg/Lとしている。
【0023】
また、特開2001−49490「基板のめっき方法及び装置」では、硫酸銅濃度100〜250g/L(銅濃度25〜62.5g/L),硫酸濃度10〜100g/L,塩素イオン濃度 0〜100mg/Lのめっき液を用いる。しかし、これらは、半導体の銅配線に関して考案されたもので、穴径 0.2μm以下,深さ約1.2μm程度以下のサイズのビアホールに関するものである。
【0024】
これに対し、本発明の対象となる、ビルドアップ基板1のブラインドビアホール2の内部の銅イオンの拡散長が大きいため、めっき液の濃度条件だけでは拡散律速にならないようにコントロールすることが困難である。
【0025】
ビルドアップ基板1のブラインドビアホール2に関しては、めっき液の濃度条件に加えて、めっき液の温度を上げることが必要である。この効果は、めっき液中の銅イオンの溶解度を上げて、銅イオン濃度を増すことに加えて、拡散係数の値を大きくすることにもつながるためである。
【0026】
本発明における請求項1記載の発明は、銅イオンの供給を向上できるよう、銅イオンの拡散の効果を増進させるため、銅めっき液中の銅濃度を高め、さらにめっき液の液温も上昇させる。
【0027】
具体的には、銅(II)イオン50〜85g/L,硫酸 0〜100g/L,塩素イオン 1〜100mg/Lを含むめっき液を用い、めっき液の温度が30〜65℃でめっきを行う。
【0028】
銅イオン濃度は、50g/L未満では拡散増進の効果が低く、85g/Lを越えると、液温を上げたとしても銅塩が溶解し得ない。
【0029】
硫酸濃度は、100g/Lを越えると銅塩を上記の範囲で溶解させることができない。ただし、硫酸が含まれることにより、めっき液の電気伝導度を上昇させて銅膜厚の均一性を向上できる。
【0030】
塩素の濃度は、低すぎるとめっき被膜の光沢が得られず、また、高すぎると、めっき析出物の物性が低下する。
【0031】
めっき液の温度上昇により、銅イオンだけでなく、液中に含有されている抑制剤や促進剤の拡散速度も増大する。これにより、ブラインドビアホール2の穴表面部と穴底部に対して、抑制剤と促進剤が同等の効果を及ぼすことになり、コンフォーマル(ブラインドビアホール2表面部と底部の銅めっき膜厚が同等)形状の析出となりやすい。温度が65℃を越えると、この効果が顕著となり、ブラインドビアホール2の埋め込みが困難となる。
【0032】
本発明においては、抑制剤と促進剤の濃度を、標準に比べて低くすることが好ましい。例えば、Cu―BriteVF(荏原ユージライト(株)製)を用いた場合、添加剤量は標準の20mL/Lではなく、40℃で8mL/L、60℃で8mL/Lとする。30℃未満では液中に十分な銅イオンを溶解させることができず、銅イオンの拡散速度も低いため、ボイドが発生する。
【0033】
さらに、図1に示す、本発明における請求項1記載の発明は、液の対流の効果を増進させるため、ブラインドビアホール2を有するビルドアップ基板1に対して、表面に平行なめっき液バルク4の液流を与えて電気銅めっきを行う。(3)式におけるI値は、拡散の効果のみを考慮したものであるが、対流によって、強制的に銅イオンを移動させることにより、ブラインドビアホール2の表面部と内部にまでめっき液バルク4の液流を起こし、より銅イオンの供給量を増加させ、その効果により、I値よりも大きな電流密度を流すことが可能となる。
【0034】
ビルドアップ基板1の表面に対して平行に、めっき液バルク4液流の流速を 0.01m/s以上、より好ましくは、流速を0.05〜0.5m/sとする。これにより、ブラインドビアホール2内部には、渦状の液対流が形成され、この流れによって、めっき液バルク4からブラインドビアホール2の内部に銅イオンが流れ込む。もちろん、ブラインドビアホール2の内部の流速は、表面に比べて著しく低下するが、ビルドアップ基板1の表面のめっき液バルク4流速が大きいほど、ブラインドビアホール2の内部の対流も大きくすることができるため、流速の増進に効果があるものである。
【0035】
前記のめっき液バルク4からブラインドビアホール2の内部に銅イオンが流れ込むため、めっき溶液バルク4物質の濃度Cbの層流と、電極めっき反応面での物質の濃度Coとの距離が近接し,δは濃度勾配が生じている層5(拡散層)の距離が大幅に小さくなる。その結果により、前記式(1)関係式から、銅イオンの供給量が増加して、前記式(3)に伴う電流密度も増加する効果が生じる。
【0036】
しかし、本発明における高温の領域では、前述したように、共存する抑制剤,促進剤の拡散速度が大きくなることにより、ブラインドビアホール2への銅析出がコンフォーマル形状になりやすく、あまり強すぎる液流は、この効果をさらに助長してしまうものである。これより、液流の上限は0.5m/sが適当である。
【0037】
表面に平行なめっき液バルク4の液流は、ビルドアップ基板1に対して平行、または、垂直な方向からノズルより液を噴出させることで得ることができる。基板1に対して平行な場合はもちろん、垂直の場合でも、液流は、基板1に衝突した後、基板表面に沿って平行な方向に向かうため、実質的に平行流を形成することができる。平行流により、ブラインドビアホール2の内部には、渦状の液対流が形成され、この流れによって、めっき液バルク層4がブラインドビアホール2内部まで奥深く流れ込み、めっき電極3の表面に銅イオンが多く供給される。
【0038】
本発明では、促進剤としては、ビス(3−スルフォプロピル)ジスルフィド(以下「SPS」と略称する)が主に使用でき、濃度は0.001〜10mg/Lが適当である。この他の促進剤としては、2硫化ビススルフォ二ナトリウム、2硫化ビス(2−スルフォエチル)二ナトリウム、2硫化テトラメチルチウラム、2硫化テトラエチルチウラムなどが使用できる。
【0039】
抑制剤としては、ポリエーテル化合物が使用でき、好ましくは、ポリエチレングリコール(以下「PEG」と略称する)(分子量 200〜10000)、または、PEGとポリプロピレングリコールの共重合体(分子量400〜10000
)が適当である。濃度は0.1〜100mg/Lが適当である。
【0040】
また、この電気銅めっき液には、上記の成分以外に、主にめっき表面の光沢度等の要求に応じて、他の添加剤として、ヤヌスグリーンB、第3アルキルアミンとポリエピクロルヒドリンからなる第4アンモニウム塩付加物、ポリアルキルエチレンイミン、アミド化合物なども使用される。もちろん、市販の添加剤も使用することができる。例としては、Cu―BriteVF(荏原ユージライト(株)製)、キュプロナールVF(日本リーロナール(株)製)などが挙げられる。
【0041】
以上のように、穴径が0.5〜150μm,深さ2〜100μm,アスペクト比(深さ/穴径)が6以下のブラインドビアホール2に対し、電気銅めっきでビア穴埋めを行う時に、めっき液の温度を30〜65℃にし、銅イオン 50〜85g/L,硫酸 0〜100g/L,塩素イオン 1〜100mg/Lを含むめっき液を用いることで、ブラインドビアホール2のビア穴3内部への銅イオンの供給を増進する。これにより、電気銅めっきによる穴埋めの時にボイドが発生するのを抑制し、従来に比べて穴埋めできる適用範囲を広げることができる。
【0042】
<実施例1>
本発明により、電気銅めっきでのブラインドビアホール2の埋め込みにおいて、埋め込みの可能な大きさ等のめっき条件範囲を広げることが可能となる。
【0043】
以下、その例を示す。まずコアとなる多層プリント基板は両面板を1品種選択した。多層プリント基板の表面に配線層を形成するビルドアップ工程では、絶縁樹脂を塗布して絶縁樹脂層を形成した。前記絶縁樹脂層は100μm〜2μmの範囲で最適化した。該絶縁樹脂層の表面の所定の位置にブラインドビアホール2を形成した。穴明け加工方法はフォトリソ法による場合と、レーザ光の照射による場合があり、適宜使い分ける。
【0044】
次に、配線層間の導通を形成するめっき工程はフイルドビアとからなる配線基板を製造した。そのブラインドビアホール2を電気銅めっきにより穴埋めする工程を経て作られ、まず、ブラインドビアホール2を形成した表面の全面に無電解めっきによって、薄膜層を形成し、該薄膜層を電極として、電気めっきによってブラインドビアホール内を電気銅めっきにより穴埋めしてフイルドビアを形成した。つぎに、全面に感光性樹脂を塗布し、感光性樹脂よりなるレジスト層を形成する
。該レジスト層をフォトリソ法を用いて、露光、現像工程と、腐蝕工程と、薄膜工程により所定の配線回路パターンを形成した。上述のように、一般にコアとなる多層プリント基板の表面に絶縁樹脂層と配線層を交互に積み上げて形成して、配線層間の導通はブラインドビアホール2内を電気銅めっきによって行って配線基板を製造する。
【0045】
つぎに、前記配線基板の表面に4種のサイズのブラインドビアホール2を開けたビルドアップ基板1を作製した。4種のサンプルは表1に示す。
【0046】
【表1】

Figure 0004354139
【0047】
この基板に対し、無電解銅めっきで表面を導電化した後に、フィルドビア電気銅めっきを行った。電気銅めっき条件は表2に示す通りとした。
【0048】
【表2】
Figure 0004354139
【0049】
この試験の結果を表3にまとめる。全般的にはアスペクト比が高くなるとボイド不良が発生するが、本発明の方法では電流密度の3A/dm2のみにボイド不良が発生している。その他は不良の発生は皆無である。
【0050】
【表3】
Figure 0004354139
【0051】
このように、本発明により、従来はボイドが発生していた条件でもボイドなく穴埋めすることが可能となり、埋め込み可能な範囲を広げることができることがわかった。ただし、埋め込み可能範囲は際限なく広げることができるわけではなく、それぞれの個別条件で、電流密度、ビアのサイズ(穴径,深さ),流速などの諸因子によって限定される。
【0052】
【発明の効果】
従来は、電流密度を下げて、生産性を落とさなければ、ボイドが発生していた、穴径、深さのブラインドビアホールに対し、本発明の方法を用いてボイドなく穴埋めすることが可能となる。これにより、生産性を向上しつつ、ボイド発生の可能性を低減させるため、配線基板の性能向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のブラインドビアホールの電気銅めっき法の模式図。
【図2】従来技術のブラインドビアホールの電気銅めっき法の模式図。
【符号の説明】
1…ビルドアップ基板
2…ブラインドビアホール
3…めっき電極(カソード・基板表面)
4…めっき液バルク(層)
5…濃度勾配が生じている層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a wiring board manufactured through a process of filling a blind via hole by electrolytic copper plating, and more particularly to a method of manufacturing a wiring board characterized by an electrolytic copper plating means used in the process of filling a blind via hole.
[0002]
In recent years, with the miniaturization of electronic devices, the density of wiring layers of printed circuit boards used has been rapidly increased. For this reason, a substrate called a build-up substrate has been produced in large quantities. This build-up board is formed by alternately stacking insulating resin layers and wiring layers on the surface of the multilayer printed circuit board that is the core, and the conduction between the wiring layers forms via holes and copper plating is formed inside them. Done by doing. Conventionally, the copper layer was formed by applying the electroless copper plating and electrolytic copper plating techniques to the wall surface of the via hole, but in this method, the upper layer via hole cannot be formed on the via hole. There has been a problem that the degree of freedom in pattern design is lost. Therefore, a method called filled via, in which the via hole is filled with copper so that the via hole can be stacked on the via hole, has been attracting attention.
[0003]
[Prior art]
However, when this filled via is generally performed by electrolytic copper plating, voids are likely to be generated in the via hole 2 in the blind via hole 2 having a high aspect ratio (depth / hole diameter). In filled via electro copper plating, an accelerator and an inhibitor are added to the plating solution. The inhibitor suppresses the plating speed near the surface of the blind via hole 2, and the accelerator further increases the internal plating speed. The via hole 2 can be embedded. However, voids are generated when the copper ion supply rate corresponding to the plating rate increased by the action of the accelerator is not reached. That is, the generation of voids is determined by the relationship between the supply rate of copper ions from the copper plating solution and the consumption rate of copper ions by electroplating.
[0004]
Since the consumption rate of copper ions increases as the current density increases, it is important to increase the supply rate of copper ions to prevent the generation of voids as the current density increases.
[0005]
Conventionally, in the electroplating of the blind via hole 2 having a large aspect ratio, voids are prevented by reducing the current density. However, this method reduces the productivity of the plating process.
[0006]
On the other hand, in order to form a copper wiring for a semiconductor device, a “damascene process” including a step of performing electrolytic copper plating on a via and a trench formed on a wafer surface has been widely performed. In this process, hole filling is performed for vias and trenches having an opening diameter (width) of 0.2 μm or less and a depth of 2 μm or less. Is sufficiently supplied by diffusion, so that a sufficient embedding property can be expected even with a commonly used electrolytic copper plating solution. Further, since the copper film thickness to be plated is as small as 1 μm or less, the plating time may be short, and there is not much influence on the productivity of the plating process.
[0007]
On the other hand, as shown in FIG. 2, in the build-up substrate 1, the blind via hole 2 having a larger depth must be embedded. In this case, since the depth of the blind via hole 2 is large, the diffusion distance of copper ions (distance between the plating solution bulk 4 and the plating surface 3) is large, and the concentration gradient (concentration difference) serving as a driving force for diffusion is large. As a result, it was found that copper ion supply at a sufficient speed is less likely to occur in the blind via hole 2.
[0008]
Furthermore, since it is necessary to increase the plating film thickness in the build-up substrate 1 (> 10 μm), the plating time requires 45 minutes or more even at a normal current density (1 A / dm 2 ). Lowering the current density leads to a significant decrease in productivity.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to have a blind via hole having a hole diameter of 0.5 to 150 μm, a depth of 2 to 100 μm, and an aspect ratio (depth / hole diameter) of 6 or less. In a build-up board made through a process of filling a hole by plating, the current density is not lowered, and the possible filling area where no void is generated is expanded.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present invention is a method of manufacturing a wiring board comprising a step of forming a wiring layer on a surface of a multilayer printed board serving as a core and a plating step of forming conduction between wiring layers.
The plating step includes a blind via hole having a hole diameter of 0.5 to 150 μm, a depth of 2 to 100 μm, and an aspect ratio (depth / hole diameter) of 6 or less, and filling the blind via hole by electrolytic copper plating. In the method of manufacturing a wiring board manufactured through the process, the electrolytic copper plating solution used in the process of filling the blind via hole is made of copper (II) ions 50 to 85 g / L, sulfuric acid 0 to 100 g / L, and chlorine ions. Using a plating solution containing 1 to 100 mg / L and containing an accelerator and an inhibitor, the temperature of the electrolytic copper plating solution is 30 to 65 ° C. , and the electrolytic copper plating solution is for a substrate having a blind via hole. Te, and this for performing electroplating to give a liquid flow parallel flow rate 0.05-0.5 M / s on the surface,
A method of manufacturing a wiring board characterized by the following.
[0011]
The invention according to claim 2 of the present invention is the method for manufacturing a wiring board according to claim 1, wherein the electroplating is performed at a current density of 3 A / dm 2 or less .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Since the supply of copper ions to the bottom of the blind via hole 2 is performed only by diffusion and liquid convection from the plating solution bulk 4 to the inside of the blind via hole 2, it is necessary to enhance both effects.
[0014]
In the present invention, in the filling of the blind via hole 2 in this region by copper plating, as described above, the supply of copper ions to the inside of the blind via hole 2 tends to be insufficient, so that diffusion and convection can be improved. I devised a way to improve both.
[0015]
In the present invention, in order to enhance the diffusion effect of copper ions, the copper concentration in the copper plating solution is increased, and in addition, the temperature of the plating solution is also increased.
[0016]
Furthermore, in the present invention, in order to enhance the effect of convection of the plating solution bulk 4, the flow of the plating solution bulk 4 parallel to the surface is applied to the build-up substrate 1 having the blind via hole 2 to perform electrolytic copper plating. I do.
[0017]
The theoretical process that led to the invention is shown below.
Mass transfer due to diffusion can be expressed as:
-DQ / dt = D * (Cb-Co) / δ ――――― (1)
Here, dQ / dt is the flux of the substance and is the amount of movement of the substance per unit time. D is the diffusion coefficient, Cb and Co are the concentration of the substance on the solution bulk and the electrode reaction surface, respectively, and δ is the distance of the layer (diffusion layer) where the concentration gradient occurs.
[0018]
On the other hand, the relationship between flux and current density is as follows:
−dQ / dt = I / (n * F) ――――― (2)
Thus, the current density I can be expressed as
I = n * F * D * (Cb-Co) / δ (3)
Here, n is the number of charges (n = 2 in Cu), and F is a Faraday constant. This I value is the maximum current density that can flow when only the movement of copper ions due to diffusion is taken into consideration.
[0019]
As described above, in filled via electrolytic copper plating, since the inside of the blind via hole 2 has a high current density due to the action of the accelerator, it is necessary to set copper ion supply conditions such that the value of I corresponds to that. If the conditions are not met, voids remain inside the blind via hole 2 due to insufficient supply of copper ions.
[0020]
From the above equation (3), it is necessary to increase the concentration difference (Cb-Co) and the diffusion coefficient in order to increase I in a diffusion-dominated situation. Since Co becomes almost zero on the electrode surface 4, it can be seen that it is necessary to increase Cb of the plating solution bulk 6. The diffusion coefficient can be increased by raising the temperature.
[0021]
With respect to δ, which is the distance of the layer 5 (diffusion layer) in which the concentration gradient is generated, I can be increased as the distance is decreased. In addition, since a concentration gradient always occurs inside the blind hole 2 where the plating reaction is taking place, it is considered that δ almost coincides with the depth of the blind hole 2. Therefore, the current density can be increased as the depth of the blind hole 2 is reduced. (See Figure 2)
[0022]
Attempts to increase the copper ion concentration in the copper plating solution have been made with respect to the above-described copper wiring for a semiconductor substrate. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-80494 “copper damascene wiring plating solution”, the copper sulfate concentration is 4 so that copper ions are not diffusion controlled in the grooves and holes on the surface in the process of forming copper wiring by electrolytic copper plating. ˜200 g / L (copper concentration 1-50 g / L), sulfuric acid concentration 10-200 g / L, and chloride ion concentration 0-100 mg / L.
[0023]
In addition, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-49490 “Substrate Plating Method and Apparatus”, a copper sulfate concentration of 100 to 250 g / L (a copper concentration of 25 to 62.5 g / L), a sulfuric acid concentration of 10 to 100 g / L, and a chlorine ion concentration of 0 to A 100 mg / L plating solution is used. However, these are devised for semiconductor copper wiring, and are related to via holes having a hole diameter of 0.2 μm or less and a depth of about 1.2 μm or less.
[0024]
On the other hand, since the diffusion length of the copper ions inside the blind via hole 2 of the build-up substrate 1 which is an object of the present invention is large, it is difficult to control the diffusion rate only by the concentration condition of the plating solution. is there.
[0025]
Regarding the blind via hole 2 of the build-up substrate 1, it is necessary to raise the temperature of the plating solution in addition to the concentration condition of the plating solution. This effect is because the solubility of the copper ions in the plating solution is increased to increase the copper ion concentration and lead to an increase in the value of the diffusion coefficient.
[0026]
According to the first aspect of the present invention, in order to improve the copper ion diffusion effect, the copper concentration in the copper plating solution is increased and the temperature of the plating solution is also increased so that the supply of copper ions can be improved. .
[0027]
Specifically, plating is performed at a temperature of 30 to 65 ° C. using a plating solution containing copper (II) ions 50 to 85 g / L, sulfuric acid 0 to 100 g / L, and chlorine ions 1 to 100 mg / L. .
[0028]
If the copper ion concentration is less than 50 g / L, the effect of diffusion enhancement is low, and if it exceeds 85 g / L, the copper salt cannot be dissolved even if the liquid temperature is increased.
[0029]
If the sulfuric acid concentration exceeds 100 g / L, the copper salt cannot be dissolved within the above range. However, the inclusion of sulfuric acid can increase the electrical conductivity of the plating solution and improve the uniformity of the copper film thickness.
[0030]
When the concentration of chlorine is too low, the gloss of the plating film cannot be obtained, and when it is too high, the physical properties of the plating deposit are lowered.
[0031]
Due to the temperature rise of the plating solution, not only the copper ions but also the diffusion rate of the inhibitors and accelerators contained in the solution increases. As a result, the inhibitor and the accelerator have the same effect on the hole surface portion and the hole bottom portion of the blind via hole 2, and conformal (the copper plating film thickness of the blind via hole 2 surface portion and the bottom portion is equivalent). The shape tends to precipitate. When the temperature exceeds 65 ° C., this effect becomes remarkable and it becomes difficult to fill the blind via hole 2.
[0032]
In the present invention, it is preferable to reduce the concentration of the inhibitor and the accelerator as compared with the standard. For example, when using Cu-Brite VF (manufactured by Ebara Eugleite Co., Ltd.), the amount of additive is not 20 mL / L as standard, but 8 mL / L at 40 ° C. and 8 mL / L at 60 ° C. If it is less than 30 ° C., sufficient copper ions cannot be dissolved in the liquid, and the diffusion rate of copper ions is low, so voids are generated.
[0033]
Furthermore, in the invention according to claim 1 of the present invention shown in FIG. 1, the plating solution bulk 4 parallel to the surface of the buildup substrate 1 having the blind via hole 2 is improved in order to enhance the effect of convection of the solution. Electrolytic copper plating is performed by applying a liquid flow. The I value in the equation (3) takes into consideration only the effect of diffusion, but by forcibly moving the copper ions by convection, the bulk of the plating solution bulk 4 reaches the surface and inside of the blind via hole 2. By causing a liquid flow and increasing the supply amount of copper ions, it is possible to flow a current density larger than the I value by the effect.
[0034]
Parallel to the surface of the build-up substrate 1, the flow rate of the plating solution bulk 4 is set to 0.01 m / s or more, more preferably 0.05 to 0.5 m / s. As a result, a spiral liquid convection is formed inside the blind via hole 2, and this flow causes copper ions to flow from the plating solution bulk 4 into the blind via hole 2. Of course, the flow velocity inside the blind via hole 2 is significantly lower than that on the surface, but the larger the flow rate of the plating solution bulk 4 on the surface of the buildup substrate 1, the larger the convection inside the blind via hole 2 can be. This is effective in increasing the flow velocity.
[0035]
Since copper ions flow into the blind via hole 2 from the plating solution bulk 4, the distance between the laminar flow of the plating solution bulk 4 material concentration Cb and the concentration Co of the material on the electrode plating reaction surface is close, and δ In this case, the distance of the layer 5 (diffusion layer) in which the concentration gradient occurs is significantly reduced. As a result, the supply amount of copper ions is increased from the relational expression (1), and the current density associated with the expression (3) is also increased.
[0036]
However, in the high temperature region of the present invention, as described above, the diffusion rate of the coexisting inhibitor and accelerator is increased, so that the copper deposition on the blind via hole 2 tends to be in a conformal shape and is too strong. The current further promotes this effect. Accordingly, the upper limit of the liquid flow is suitably 0.5 m / s.
[0037]
A liquid flow of the plating solution bulk 4 parallel to the surface can be obtained by ejecting the solution from the nozzle in a direction parallel to or perpendicular to the build-up substrate 1. Even in the case of being perpendicular to the substrate 1 as well as in the case of being perpendicular, the liquid flow is directed in a parallel direction along the substrate surface after colliding with the substrate 1, so that a substantially parallel flow can be formed. . Due to the parallel flow, a spiral liquid convection is formed inside the blind via hole 2, and by this flow, the plating solution bulk layer 4 flows deeply into the blind via hole 2 and a large amount of copper ions is supplied to the surface of the plating electrode 3. The
[0038]
In the present invention, bis (3-sulfopropyl) disulfide (hereinafter abbreviated as “SPS”) can be mainly used as the accelerator, and the concentration is suitably 0.001 to 10 mg / L. As other accelerators, bissulfo disodium disulfide, bis (2-sulfoethyl) disodium disulfide, tetramethylthiuram disulfide, tetraethylthiuram disulfide, and the like can be used.
[0039]
As the inhibitor, a polyether compound can be used, and preferably polyethylene glycol (hereinafter abbreviated as “PEG”) (molecular weight 200 to 10,000) or a copolymer of PEG and polypropylene glycol (molecular weight 400 to 10,000).
) Is appropriate. The concentration is suitably 0.1 to 100 mg / L.
[0040]
In addition to the above components, the electrolytic copper plating solution mainly contains Janus Green B, a tertiary alkylamine, and polyepichlorohydrin as other additives, depending on the requirements such as the glossiness of the plating surface. Tetraammonium salt adducts, polyalkylethyleneimines, amide compounds and the like are also used. Of course, commercially available additives can also be used. Examples include Cu-Brite VF (manufactured by Sugawara Eugleite Co., Ltd.), Cupronal VF (manufactured by Nippon Leronal Co., Ltd.) and the like.
[0041]
As described above, when the via hole is filled by electrolytic copper plating to the blind via hole 2 having a hole diameter of 0.5 to 150 μm, a depth of 2 to 100 μm, and an aspect ratio (depth / hole diameter) of 6 or less, plating is performed. The temperature of the solution is set to 30 to 65 ° C., and the plating solution containing copper ions 50 to 85 g / L, sulfuric acid 0 to 100 g / L, and chlorine ions 1 to 100 mg / L is used to enter the inside of the via hole 3 of the blind via hole 2. To improve the supply of copper ions. Thereby, generation | occurrence | production of a void can be suppressed at the time of hole filling by electrolytic copper plating, and the application range which can be filled up compared with the past can be expanded.
[0042]
<Example 1>
According to the present invention, in the filling of the blind via hole 2 by electrolytic copper plating, it is possible to expand a plating condition range such as a size that can be embedded.
[0043]
Examples are shown below. First, one kind of double-sided board was selected for the multilayer printed circuit board as the core. In the build-up process of forming a wiring layer on the surface of the multilayer printed board, an insulating resin was applied to form an insulating resin layer. The insulating resin layer was optimized in the range of 100 μm to 2 μm. Blind via holes 2 were formed at predetermined positions on the surface of the insulating resin layer. The drilling method may be a photolithographic method or a laser beam irradiation, which is appropriately used.
[0044]
Next, the plating process for forming conduction between the wiring layers produced a wiring board made of filled vias. The blind via hole 2 is made through a process of filling with copper electroplating. First, a thin film layer is formed on the entire surface of the blind via hole 2 by electroless plating, and the thin film layer is used as an electrode by electroplating. Filled vias were formed by filling the blind via holes with electrolytic copper plating. Next, a photosensitive resin is applied to the entire surface to form a resist layer made of the photosensitive resin. A predetermined wiring circuit pattern was formed on the resist layer by photolithography using an exposure, development process, corrosion process, and thin film process. As described above, generally, insulating resin layers and wiring layers are alternately stacked on the surface of a multilayer printed circuit board serving as a core, and conduction between the wiring layers is performed by electrolytic copper plating in the blind via hole 2 to manufacture the wiring board. To do.
[0045]
Next, a build-up substrate 1 having four types of blind via holes 2 opened on the surface of the wiring substrate was produced. The four samples are shown in Table 1.
[0046]
[Table 1]
Figure 0004354139
[0047]
The substrate was subjected to filled via electrolytic copper plating after the surface was made conductive by electroless copper plating. The electrolytic copper plating conditions were as shown in Table 2.
[0048]
[Table 2]
Figure 0004354139
[0049]
The results of this test are summarized in Table 3. In general, a void defect occurs when the aspect ratio becomes high, but in the method of the present invention, a void defect occurs only in the current density of 3 A / dm2. In other cases, no defects occurred.
[0050]
[Table 3]
Figure 0004354139
[0051]
As described above, according to the present invention, it has been found that it is possible to fill a hole without a void even under a condition where a void has been generated in the past, and it is possible to widen a range in which the void can be filled. However, the embeddable range cannot be expanded indefinitely, and is limited by various factors such as current density, via size (hole diameter, depth), and flow velocity under each individual condition.
[0052]
【The invention's effect】
Conventionally, if the current density is lowered and the productivity is not lowered, it becomes possible to fill the blind via hole having a hole diameter and depth without voids by using the method of the present invention. . This improves the performance of the wiring board in order to reduce the possibility of void generation while improving productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an electrolytic copper plating method for a blind via hole according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a conventional method for electro copper plating of blind via holes.
[Explanation of symbols]
1 ... Build-up substrate 2 ... Blind via hole 3 ... Plating electrode (cathode / substrate surface)
4 ... Plating solution bulk (layer)
5 ... Layer with concentration gradient

Claims (2)

コアとなる多層プリント基板の表面に配線層を形成する工程と、配線層間の導通を形成するめっき工程とからなる配線基板の製造方法において、
前記めっき工程が、穴径が0.5〜150μm,深さ2〜100μm,アスペクト比(深さ/穴径)が6以下のブラインドビアホールを有し、そのブラインドビアホールを電気銅めっきにより穴埋めする工程を経て作られる配線基板の製造方法にあって、ブラインドビアホールを穴埋めする工程に使用する電気銅めっき液は、銅(II)イオン 50〜85g/Lと,硫酸 0〜100g/Lと,塩素イオン 1〜100mg/Lを含み、かつ、促進剤と抑制剤を含むめっき液を用い、該電気銅めっき液の温度が30〜65℃で、該電気銅めっき液が、ブラインドビアホールを有する基板に対して、表面に平行な流速0.05〜0.5m/sの液流を与えて電気めっきを行うこと、
を特徴とする配線基板の製造方法。
In a method for manufacturing a wiring board comprising a step of forming a wiring layer on the surface of a multilayer printed board serving as a core, and a plating step of forming conduction between wiring layers,
The plating step includes a blind via hole having a hole diameter of 0.5 to 150 μm, a depth of 2 to 100 μm, and an aspect ratio (depth / hole diameter) of 6 or less, and filling the blind via hole by electrolytic copper plating. In the method of manufacturing a wiring board manufactured through the process, the electrolytic copper plating solution used in the process of filling the blind via hole is made of copper (II) ions 50 to 85 g / L, sulfuric acid 0 to 100 g / L, and chlorine ions. Using a plating solution containing 1 to 100 mg / L and containing an accelerator and an inhibitor, the temperature of the electrolytic copper plating solution is 30 to 65 ° C. , and the electrolytic copper plating solution is for a substrate having a blind via hole. Te, and this for performing electroplating to give a liquid flow parallel flow rate 0.05-0.5 M / s on the surface,
A method of manufacturing a wiring board, characterized in that
電気めっきを電流密度3A/dm 以下で行うことを特徴とする請求項1記載の配線基板の製造方法。 2. The method of manufacturing a wiring board according to claim 1, wherein electroplating is performed at a current density of 3 A / dm 2 or less .
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