JP4478567B2 - ポストビアを有する薄膜基板 - Google Patents

Description

本発明は薄膜基板に係り、特に配線層の間の絶縁層中に延在するポストビアを有する薄膜基板に関する。

半導体装置のパッケージ基板として薄膜基板が用いられる。薄膜基板の上面及び下面には配線層が形成され、上下の配線層はポストビアと称される比較的長い柱状のビアにより電気的に接続される。ポストビアは、通常、レジストにより形成された細長い穴に金属のような導電性材料を充填することにより形成される。そのようにして形成されたポストビアを、絶縁性の樹脂層中に埋め込むことにより、薄膜基板が形成される。
例えば、レジスト層に形成された細長い穴に銅メッキ等により銅を充填することにより銅ポストが形成される。そして、レジスト層を除去して銅ポストを絶縁層中に埋め込む。銅ポストが埋め込まれた絶縁層は、メカニカルバッフィング（機械研磨）により研磨される。これにより、薄膜基板の厚みを減少し、且つ基板表面を平坦にする。
ここで、上述のメカニカルバッフィングを行う際の問題点について説明する。パッケージ基板の表面に形成される電極パッドは、パッケージされる半導体チップの電極配列に基づいて配置される。例えば、周辺配列電極構造の半導体チップに用いられるパッケージ基板では、基板の周辺部分に多くの電極パッドが形成される。したがって、この電極パッドと基板の反対側に形成される配線（電極パッド）とを接続するポストビアも、基板の周辺部分に多く形成され、中央部分は少ない。すなわち、基板の周囲部分においてポストビアの分布密度が大きく、中央部分では分布密度が小さい。
図１は上述のようにポストビアの分布密度が異なる部分を有するパッケージ基板を形成する工程において、メカニカルバッフィングを行う前の状態の絶縁層の断面図である。また、図２は図１に示す絶縁層をメカニカルバッフィングした後の状態を示す断面図である。
図１において、銅メッキ等により形成された複数のポストビア２は、ポストビア２形成のための絶縁層４中に埋め込まれている。各ポストビア２の先端は絶縁層４の表面４ａから突出している。これは、絶縁層４に形成されたポストビア用の穴に銅メッキを十分に充填するためである。図１に示すように絶縁層４中にポストビア２を形成した後、絶縁層４の表面４ａを研磨して絶縁層４を所定の厚みとし、且つ絶縁層４の表面４ａを平坦化する。この研磨が上述のメカニカルバッフィングにより行われる。
ここで、絶縁層４の表面４ａを研磨する際、ポストビア２も一緒に研磨することとなる。絶縁層４は絶縁性樹脂等により形成されるため、絶縁層４の硬度は、銅メッキにより形成されたポストビア２の硬度よりはるかに低い。したがって、メカニカルバフィングの際に絶縁層４の研磨速度の方がポストビア２の研磨速度より大きい。
絶縁層４中のポストビア２の分布密度が絶縁層４全体で一様であれば、絶縁層４はほぼ一様に研磨されて均一な厚みとなり、研磨後の絶縁層４の表面４ａは平坦となる。しかし、絶縁層４中のポストビア２の分布密度が図１に示すように部分的に異なっていると、メカニカルバッフィング後の絶縁層４の表面４ａは、図２に示すように平坦ではなくなってしまう。
すなわち、図１に示すようにポストビア２の分布密度の小さい部分があると、その部分だけ多く研磨され、他の部分より低くなってしまう。例えば、上述のように周辺配置電極構造の半導体チップ用の薄膜基板の場合、絶縁層の中央部分が周囲部分に比べて低くなり窪みができてしまう。このように、絶縁層の厚みが一様でないと、信号伝送特性がばらついたり、長期使用の間に層間ショートを起こすおそれがある。

本発明の総括的な目的は、上述の問題を解消した改良された有用な薄膜基板の構造を提供することである。
本発明のより具体的な目的は、ポストビアを有する薄膜基板の製造工程において、ポストビアが埋め込まれた絶縁層をメカニカルバッフィングする際に研磨面全体を一様に研磨することのできる薄膜基板の構造を提供することである。
上述の目的を達成するために、本発明によれば、半導体装置用薄膜基板であって、パターン配線を形成する少なくとも２つの配線層と、配線層の間に位置する絶縁層と、絶縁層の中に延在し配線層を電気的に接続するポストビアと、絶縁層内でポストビアの密度が他の部分より小さい部分に配置され、信号伝達回路に接続されない少なくとも一つのダミーポストビアとを有する半導体装置用薄膜基板が提供される。
上述の本発明による半導体装置用薄膜基板において、ダミーポストビアは、ポストビアと同じ材料により形成されることが好ましい。また、ダミーポストビア）は、外部回路に接続されずに電気的に孤立したポストビアとすることが好ましい。代わりに、ダミーポストビアを、電源配線又は接地配線の一部としてもよい。更に、配線層のダミーポストビアが接続された部分の周囲に絶縁層が露出し、露出した絶縁層はガス抜き穴を形成することとしてもよい。
上述の発明によれば、ダミーポストビアが存在するため、絶縁層の表面全体においてビアの密度分布がほぼ一定となり、メカニカルバッフィングを行っても絶縁層を平坦な状態に研磨することができる。したがって、絶縁層の厚みを均一にすることができ、本発明による薄膜基板を用いて形成した半導体装置の長期信頼性を向上することができる。
本発明の他の目的、特徴及び利点は添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。

図１はポストビアが埋め込まれた樹脂層のメカニカルバッフィングを行う前の断面図である。
図２は図１に示す樹脂層をメカニカルバッフィングした後の状態を示す断面図である。
図３は本発明の一実施例による薄膜基板の一部の断面図である。
図４はポストビアを形成する工程の一部を説明するための図である。
図５はポストビアを形成する工程の一部を説明するための図である。
図６はダミーポストビアが形成された絶縁層の断面図である。
図７は図６に示す絶縁層をメカニカルバッフィングした後の状態を示す断面図である。
図８はダミーポストビアが接続されたベタパターン配線にガス抜き穴を設けた例を示す断面図である。
図９は図８に示すベタパターン配線の平面図である。

以下に、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。なお、図中同等の構成部品には同じ符号を付す。
図３は本発明の一実施例による薄膜基板の一部を示す断面図である。図３に示す薄膜基板１０は、コア層１１とその両側に形成された薄膜層１２とよりなる。薄膜層１２は多層構造を有しており、複数のパターン配線１３が絶縁層１４を介して積層されている。
本実施例において、上述のパターン配線１３の間はポストビア１５により電気的に接続され、例えば、薄膜基板１０の表面と裏面に形成された電極１５を電気的に接続する。ポストビア１５の配置は薄膜基板１０に搭載される半導体チップの電極配列に依存し、薄膜層１２における水平方向のボストビア１４の密度は均一ではない。
そこで、本実施例では薄膜基板１０内の配線に必要なポストビア１５以外に、配線として機能しないダミーポストビア１７を設けている。これにより、薄膜層１２中のポストビアの密度をある程度均一化して、後述のようにメカニカルバッフィングの際の問題を解決している。
ここで、薄膜基板１０のポストビアが配置される部分の製造工程について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４及び図５の各々は、ポストビアを有する薄膜基板の製造工程の一部を示す図であり、図４及び図５に示すの工程により図３におけるポストビア１５及びダミーポストビア１７が形成される。
まず絶縁層１４（図４（ａ））の上にシード層１８を無電解メッキ等により形成する（図４（ｂ））。次に、シード層１８の上にドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）１９を貼り付け（図４（ｃ））、露光・現像処理を施してレジスト１９を所定のパターンを残して除去する（図４（ｄ））。レジスト１９を除去した部分にはシード層１８が露出する。この部分が薄膜基板１０のパターン配線１３となる。
その後、電解メッキにより金属層（銅層）２０をシード層１８上に形成し（４３（ｅ））、レジスト１９を除去する（図４（ｆ））。そして、金属層２０上にドライフィルムレジスト２１を貼り付け（図４（ｇ））、レジスト２１を露光・現像処理することにより、ポストビアを形成する部分を除去して細長い穴２１ａを形成する（図４（ｈ））。ポストビアを形成する部分は、金属層２０により形成されたパターン配線上の所定の位置である。
次に、穴２１ａの中に例えばメッキにより金属（銅）を充填してポストビア１５を形成する（図４（ｉ））。この際、穴２１ａ内に十分金属が充填されるように、金属が穴２１ａから突出する程度までメッキを施す。
続いて、ポストビアが所定の高さとなるまで、レジスト２１の表面２１とポストビア１５の先端部分とをメカニカルメカバッフィングにより研磨する（図４（ｊ））。
次に、レジスト２１を除去し（図４（ｋ））、露出しているシード層１８をエッチングにより除去する（図４（ｌ））。シード層１８を除去すると、絶縁層１４の上に金属層２０（パターン配線１３）が形成され、その上にポストビア１５が形成された状態となる。
ここで、金属層２０の上に絶縁樹脂シートを貼り付けて硬化させ、絶縁層２２を形成する（図４（ｍ））。この際、金属層２０の上に形成されているポストビア１５は、絶縁層２２の中に埋め込まれる。
次に、絶縁層２２の表面をメカニカルバッフィングにより研磨して、ポストビア１５の先端１５ａを絶縁層２２の表面に露出させる（図５（ａ））。そして、絶縁層２２にエッチング等により表面処理を施して清浄化する（図５（ｂ））。以上でポストビア１５の形成が完了する。
ポストビア１５の形成が完了したら、絶縁層２２の表面及びポストビア１５の端面１５ａの上にシード層２３を形成し（図５（ｃ））、シード層２３上にドライレジストフィルム２４を貼り付ける（図５（ｄ））。そして、レジスト２４を配線パターンの形状に除去し（図５（ｅ））、電解メッキにより金属層（銅）２５をシード層２３の上に形成する（図５（ｆ））。この金属層２５がパターン配線１３となる。したがって、金属層２５（パターン配線）と金属層２０（パターン配線）とがポストビア１５により電気的に接続された構造が形成される。
その後、レジスト２４を除去し（図５（ｇ））、露出したシード層２３をエッチングにより除去する（図５（ｈ））。最後に、金属層２５の上に絶縁層２６を形成する。
以上が薄膜基板１０の薄膜層１２の一部を形成する工程であるが、薄膜基板を多層パッケージ基板とするには、上述の工程を繰り返すことにより、薄膜層１２を多層化する。その際、ポストビアの形成及びメカニカルバッフィングも繰り返し行われる。
次に、上述の実施例におけるダミーポストビア１７について詳細に説明する。ポストビア１５の分布密度が一様でないと、上述のように図５（ａ）に示すメカニカルバッフィングの工程において、ポストビアの密度の小さい部分の研磨量が多くなり、絶縁層１４（図５（ａ）にける絶縁層２２に相当）に窪みが生じたりして平坦度が悪くなる。これにより、薄膜基板を用いた半導体装置の長期信頼性が損なわれてしまう。
そこで、本実施例では図６に示すように、ポストビア１５の分布密度が低い部分（領域）にダミーポストビア１７を配置することにより、ボストビアの分布密度を一定の範囲にする。ダミーポストビア１７は、外部回路に接続されない孤立したビアであり、薄膜基板の電気回路上必要なビアではなく、メカニカルバフィングのためだけに設けられる。
ダミーポストビア１７が存在するため、絶縁層１４表面全体においてビアの密度分布がほぼ一定となり、メカニカルバッフィングを行っても図７に示すように絶縁層１４を平坦な状態に研磨することができる。したがって、絶縁層１４の厚みを均一にすることができ、本実施例による薄膜基板１０を用いて形成した半導体装置の長期信頼性を向上することができる。
ダミーポストビア１７は通常のポストビア１５を形成する工程においてポストビア１５と同時に形成することができるため、特別な工程を、ダミーポストビア１７を形成するためだけのために特別な工程を設ける必要はない。したがって、薄膜基板の製造コストを増大することなくダミーポストビア１７を形成することができる。
ダミーポストビア１７は、信号配線用のポストビア１５の密度が低い領域に複数個まとめて設けられることが多いが、このような場合には複数のダミーポストビア１７をベタパターン配線上に形成することができる。すなわち、複数のダミーポストビア１７を一つの電気的に孤立したパターン配線上に形成することができる。ダミーポストビア１７同士が電気的に接続されていても、全体として信号用パターン配線から分離されていればよいためである。
ただし、ダミーポストビア１７が設けられるベタパターン配線が大きい場合は、ガス抜き穴としてベタパターン配線中に開口を設ける必要がある。ガス抜き穴とは、薄膜基板の内部に存在する水分を外部に放出するための開口であり、空洞ではなく樹脂層の一部がベタパターン配線から露出した部分である。
図８はダミーポストビアが設けられたベタパターン配線を有する絶縁層１４の断面図であり、図９は図８に示すベタパターン配線２６の平面図である。ダミーポストビア１７は信号用パターン配線を避けた位置に配置されているので、ダミーポストビア用のベタパターン配線２６のダミーポストビア１７の周囲を除去して開口として環状のガス抜き用穴２７とすることができる。
上述の実施例では、ダミーポストビアを電気的に孤立したビアとしたが、ダミーポストビアは信号配線以外の例えば電源配線や接地配線の一部として形成することもできる。ダミーポストビアを電源配線や接地配線の一部として形成し、且つダミーポストビアが接続されるパターン配線により信号配線を包囲することにより、信号配線をシールドする効果を得ることもできる。
本発明は具体的に開示された実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で様々な変形例及び改良例がなされるであろう。

Claims (6)

1. 半導体装置用薄膜基板であって、
   パターン配線を形成する少なくとも２つの配線層と、
   該配線層の間に位置する絶縁層と、
   該絶縁層の中に延在し、該配線層を電気的に接続するポストビアと、
   前記絶縁層内で前記ポストビアの密度が他の部分より低い領域に、前記パターン配線を避けて配置され、信号伝達回路に接続されない、少なくとも一つのダミーポストビアと
   を有し、
   前記絶縁層の表面は、研磨により平坦化された研磨面である半導体装置用薄膜基板。
2. 請求項１記載の半導体装置用薄膜基板であって、
   前記ダミーポストビアは、前記ポストビアと同じ材料により形成された半導体装置用薄膜基板。
3. 請求項２記載の半導体装置用薄膜基板であって、
   前記ダミーポストビアは、外部回路に接続されずに電気的に孤立したポストビアである半導体装置用薄膜基板。
4. 請求項１記載の半導体装置用薄膜基板であって、
   前記ダミーポストビアは、電源配線又は接地配線の一部である半導体装置用薄膜基板。
5. 請求項１記載の半導体装置用薄膜基板であって、
   前記配線層の前記ダミーポストビアが接続された部分の周囲に前記絶縁層が露出し、該露出した絶縁層はガス抜き穴を形成する半導体装置用薄膜基板。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の半導体装置用薄膜基板であって、
   前記配線層の一方は、前記絶縁層の表面上に形成された金属層であることを特徴とする半導体装置用薄膜基板。

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