JP4658371B2

JP4658371B2 - 電界堆積ポリイミドを用いたポリイミド多層配線回路基板

Info

Publication number: JP4658371B2
Application number: JP2001137950A
Authority: JP
Inventors: 昌宏青柳; 和彦所; 博板谷; 俊一松本
Original assignee: PI R&D Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: PI R&D Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002299836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路チップを搭載して、それらを電気的に接続するための多層配線回路基板に関し、いわゆるマルチチップモジュールの範疇に入るものである。特に、導電性基本部材における貫通孔に対して、電界堆積法により堆積されるポリイミド絶縁膜を用いることにより、貫通孔におけるインピーダンス整合の大幅な改善を実現できるポリイミド多層配線回路基板およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路チップを搭載して、それらを電気的に接続するための多層配線回路基板は、プリント回路板、マルチチップモジュールなどと呼ばれている。これらの内部における信号配線のインピーダンスは、５０ｏｈｍ程度に設計されるのが通常である。
【０００３】
しかし、近年は、よりＧＨｚ以上の高速信号を扱うようになり、近接した配線間でのクロストークの問題および配線からの不要電磁放射の問題が、クロースアップされてきている。これらを解決する方策の一つとして、配線のインピーダンスをより低いインピーダンスに設定することが行われている。例えば、Ｒａｍｂｕｓ社の高速バス配線規格は、２８ｏｈｍに設定されている。
【０００４】
従来の多層配線回路基板の内部における配線には、マイクロストリップ線路において、低誘電率を持ち薄い層間絶縁膜を用いることにより低いインピーダンスに対応していた。
【０００５】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、従来の多層配線回路基板の各層間を接続するためのビア構造では、層間絶縁膜に孔を形成し、電極を埋め込む方法で作製されるため、電気的にはインダクタンスで各層間を接続することになり、配線線路全体から見るとビア構造において、局所的にインピーダンスが高くなってしまう問題があった。図１２（ａ）に従来技術のビア構造を示す。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明では、金属箔板および半導体薄化基板からなる導電性の基本部材を用いて、その部材にレーザー加工やエッチング加工などにより設けられた貫通孔に対して、ポリイミド絶縁膜を、基本部材の導電性を利用して電界堆積法により堆積させ、次いで、基本部材上に堆積させたポリイミド絶縁膜に対してコンタクトホールを形成し、その後、金属配線材料で貫通孔を埋め込み、さらに、基本部材の表と裏、両方に金属配線層およびポリイミド絶縁層を交互に堆積した層構造を有するポリイミド多層配線回路基板であって、該多層配線回路基板は基本部材をアース電位のグランド電極として用いること、その多層配線構造は基本部材内に形成された同軸線路構造のビア構造により接続されたこと、及び金属配線層およびポリイミド絶縁層を交互に堆積した前記層構造中の全ての該ポリイミド絶縁層が、前記コンタクトホールを介して前記基本部材と接続された前記金属配線材料の導電性を利用して電界堆積法により堆積されたものであることを特徴とするポリイミド多層配線回路基板とした。
【０００７】
本発明のビア接続構造は、アース電位の基本部材に設けられた貫通孔に薄いポリイミド絶縁膜が堆積され、残りの孔に金属配線材料が埋め込まれた構造となる。これにより、ビア接続構造が同軸線路構造となるため、ビア接続構造のインピーダンスを任意の低い値に設定することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１から図１０に示された作製工程図に基づいて説明する。
図１では、銅、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル鉄合金、チタン、ニオブ、ステンレス鋼など金属（不純物を添加して硬度を増したもの）、合金またはシリコン、ガリウムヒ素、インジウム燐など半導体からなる基本部材（コア材）を用いて、レーザー加工あるいはエッチング加工により貫通孔を必要に応じて多数個形成する。この孔は、ビア接続構造に用いられる。
【０００９】
図２では、第１４回エレクトロニクス実装学術講演大会講演論文集、ｐ．３−４、に報告されているブロック共重合法によるポリイミドを用いた電界堆積法により基本部材全体にポリイミド絶縁膜を堆積する。
【００１０】
図３では、ポリイミド絶縁膜にコンタクトホールを形成する。図２で堆積させるポリイミドとして、感光性ポリイミドを用いて、リソグラフィ工程により直接形成する方法とパターン形成されたレジストを用いてドライエッチング工程により形成する方法の２通りがある。
【００１１】
図４では、基本部材の裏面に、スパッタ法、真空蒸着法、メッキ法、プラズマ溶射法などによりアルミニウム、銅、金、銀、パラジウム、チタン、ニオブなどの金属膜を堆積する。ただし、メッキ法による場合は、スパッタ法、真空蒸着法などでシード層を形成したのち、メッキ工程を実施する。
【００１２】
図５では、おもて面からスパッタ法、真空蒸着法、メッキ法、プラズマ溶射法などによりアルミニウム、銅、金、銀、パラジウム、チタン、ニオブなどの金属膜を堆積する。ただし、メッキ法による場合は、スパッタ法、真空蒸着法などでシード層を形成したのち、メッキ工程を実施する。貫通孔に金属を充填するため、メッキ工程の採用が望ましい。例えば、ＵＳＰａｔｅｎｔ５４２１９８７，６１３６７０７のＪｅｔｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙと呼ばれるメッキ技術が利用できる。
【００１３】
図６では、パターン形成されたレジストを用いてドライエッチング工程により、配線パターンを形成する。
【００１４】
図７では、ブロック共重合法によるポリイミドを用いて電界堆積法により基本部材全体にポリイミド絶縁膜を堆積する。
【００１５】
図８では、ポリイミド絶縁膜にコンタクトホールを形成する。図７で堆積させるポリイミドとして、感光性ポリイミドを用いて、リソグラフィ工程により直接形成する方法とパターン形成されたレジストを用いてドライエッチング工程により形成する方法の２通りがある。
【００１６】
図９では、おもて面からスパッタ法、真空蒸着法、メッキ法、プラズマ溶射法などによりアルミニウム、銅、金、銀、パラジウム、チタン、ニオブなどの金属膜を堆積する。ただし、メッキ法による場合は、スパッタ法、真空蒸着法などでシード層を形成したのち、メッキ工程を実施する。
【００１７】
図１０では、パターン形成されたレジストを用いてドライエッチング工程により、配線パターンを形成する。
【００１８】
図１１では、裏面について、パターン形成されたレジストを用いてドライエッチング工程により、配線パターンを形成する。
【００１９】
さらに、図７から図１０までの工程を繰り返すことにより、おもて面の配線層の数を増やすことが可能となる。
また、裏面についても、図７から図１０までと同様の工程を繰り返すことにより、裏面の配線層の数を増やすことが可能となる。
【００２０】
ここで、基本部材の厚さは、できるだけ薄いものを用いることとする。できれば５０μｍ以下が望ましい。ポリイミド絶縁膜の厚さは、数１００ｎｍとして、上の層ほど徐々に厚いものを用いる。配線層の厚さは、数１００ｎｍとして、上の層ほど徐々に厚いものを用いる。配線パターンの最小寸法と貫通孔の最小径は、ミクロンのオーダーとする。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、多層配線回路基板の内部にあるビア接続構造において、同軸線路構造にすることが可能となるので、ビア構造のインピーダンスを任意の低い値に設定することができ、多層配線回路基板内のマイクロスリップ線路配線構造とのインピーダンスマッチングを最適化することができ、回路基板内での超高速信号伝送が可能となる。図１２（ｂ）に本発明によるビア構造の図面を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、基本部材に対する貫通孔加工工程の図。
【図２】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、ポリイミド絶縁膜の堆積工程の図。
【図３】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、ポリイミド絶縁膜の孔加工工程の図。
【図４】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、裏面への金属膜堆積工程の図。
【図５】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、おもて面への金属膜堆積工程の図。
【図６】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、金属膜のパターン加工工程の図。
【図７】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、ポリイミド絶縁膜の堆積工程の図。
【図８】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、ポリイミド絶縁膜の孔加工工程の図。
【図９】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、おもて面への金属膜堆積工程の図。
【図１０】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、金属膜のパターン加工工程の図。
【図１１】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、裏面金属膜のパターン加工工程の図。
【図１２】本発明の実施形態として、多層配線回路基板の作製工程における、本発明によるビア構造と従来のビア構造の比較する図。（ａ）従来技術、（ｂ）本発明

Claims

銅、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル鉄合金、チタン、ニオブ、ステンレス鋼などの金属箔板又はシリコン、ガリウムヒ素、インジウム燐などの半導体薄化基板を基本部材とし、その部材にエッチング加工により設けられた貫通孔に対して、絶縁材料であるポリイミドを、基本部材の導電性を利用して電界堆積法により堆積させ、その後、アルミニウム、銅、金、銀、パラジウム、チタン、ニオブなどの金属配線材料で貫通孔を埋め込み、さらに、基本部材の表と裏、両方に金属配線層およびポリイミド絶縁層を交互に堆積した層構造を有するポリイミド多層配線回路基板であって、該多層配線回路基板は前記基本部材をアース電位のグランド電極として用いること、前記基本部材上に堆積されるポリイミド絶縁層は、前記基本部材と前記金属配線材料とが接触するためのコンタクトホールを具備すること、及び、前記基本部材の表と裏に形成されたポリイミドと金属とからなる多層配線構造が、基本部材内に形成された同軸線路構造のビア構造により接続されたこと、及び金属配線層およびポリイミド絶縁層を交互に堆積した前記層構造中の全ての該ポリイミド絶縁層が、前記コンタクトホールを介して前記基本部材と接続された前記金属配線材料の導電性を利用して電界堆積法により堆積されたものであることを特徴とするポリイミド多層配線回路基板。
銅、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル鉄合金、チタン、ニオブ、ステンレス鋼などの金属箔板又はシリコン、ガリウムヒ素、インジウム燐などの半導体薄化基板を基本部材とし、その部材にエッチング加工により設けられた貫通孔に対して、絶縁材料であるポリイミドを、基本部材の導電性を利用して電界堆積法により堆積させ、次いで、基本部材上に堆積させたポリイミド絶縁層に対してコンタクトホールを形成し、その後、アルミニウム、銅、金、銀、パラジウム、チタン、ニオブなどの金属配線材料で貫通孔を埋め込み、さらに、基本部材の表と裏、両方に金属配線層およびポリイミド絶縁層を交互に堆積することを含み、全ての該ポリイミド絶縁層を、前記コンタクトホールを介して前記基本部材と接続された前記金属配線材料の導電性を利用した電界堆積法により堆積する、請求項１記載のポリイミド多層配線回路基板の作製工程。
請求項１記載のポリイミド多層配線回路基板であって、ポリイミドとして、ブロック共重合法により合成されたポリイミドを用いたことを特徴とするポリイミド多層配線回路基板。
請求項２記載のポリイミド多層配線回路基板の作製工程において、ポリイミドとして、ブロック共重合法により合成されたポリイミドを用いたことを特徴とするポリイミド多層配線回路基板の作製工程。