JP4835141B2

JP4835141B2 - 多層配線基板

Info

Publication number: JP4835141B2
Application number: JP2005358519A
Authority: JP
Inventors: 悟倉持
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2025-12-13
Also published as: JP2007165497A

Description

本発明は、多層配線基板に係り、特に高密度配線がなされた多層配線基板に関する。

近年、電子機器の高性能化、小型化、軽量化が進む中で、半導体パッケージの小型化、多ピン化、外部端子のファインピッチ化が求められており、高密度配線基板の要求はますます強くなっている。このため、ＬＳＩを直接プリント配線板に実装したり、あるいはＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）をプリント配線板に実装するようになってきた。また、プリント配線板も高密度化に対応するために、コア基板上に、配線およびビア（Ｖｉａ）を１層づつ電気絶縁層を介して多層に積み上げていくビルドアップ配線技術で作製した多層配線基板が使用されるようになってきた。このようにコア基板上にビルドアップ法により設ける多層配線層は、絶縁層に形成された円形の開口部に配設された上下導通用のビアと、このビア上に位置するランドと、ランドから引き回される所望の配線からなる（特許文献１）。
特開２００４−０５５８０９号公報

上述の従来の多層配線基板では、多層配線層の上下導通用のビアを形成するための円形の開口部は、フォトリソグラフィー法により絶縁層に形成される。しかし、感光性材料の解像度の限界から、開口部の最小直径は２０μｍ程度が限界であり、ビア上に位置するランドの大きさを考慮すると、ランド形成の最小ピッチは４０μｍが限界であった。このため、従来の多層配線基板では、狭ピッチ化、高密度配線の要求に対応できなくなっているという問題がある。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、狭ピッチ化に対応して高密度配線がなされた多層配線基板を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は、コア基板と、該コア基板上に配設された多層配線層とを備え、該多層配線層は、電気絶縁層を介して配線が複数層形成されており、各層の配線の上下導通は前記電気絶縁層に形成された複数の開口部内に位置するビアと該ビアを被覆するランドとを介してなされており、複数の前記開口部の少なくとも一部は、短軸の長さが１０〜１５μｍの範囲である長手形状開口部であり、該長手形状開口部は、長軸と短軸の比が２．５〜４の範囲であり、開口面積が２００〜１０００μｍ ² の範囲であり、前記長手形状開口部内に位置するビア上の前記ランドは、前記長手形状開口部の長軸と同一方向に長軸を有する長手形状ランドであり、該長手形状ランドは、長軸と短軸の比が２．５〜４の範囲であり、短軸の長さが２５〜３５μｍの範囲であるような構成とした。

本発明の他の態様として、１つの電気絶縁層における前記長手形状開口部の長軸の方向は、一方向であるような構成とした。
本発明の他の態様として、１つの電気絶縁層における前記長手形状開口部の長軸の方向は、多方向であるような構成とした。
本発明の他の態様として、１つの電気絶縁層において複数の前記長手形状ランドが長軸方向を揃えて短軸方向に複数配設されているような構成とした。

本発明では、従来の円形状の開口部を設けた場合に比べて、長手形状開口部の短軸方向での更なる狭ピッチ化が可能であり、狭ピッチ化が要求される上下導通部位に長手形状開口部を設けることによって配線の高密度化が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の多層配線基板の一実施形態を示す部分平面図であり、図２は図１に示される多層配線基板のＡ−Ａ線での断面図である。図１および図２において、本発明の多層配線基板１は、コア基板２と、このコア基板２の一方の面に形成された多層配線層１０とを備えている。
多層配線基板１を構成するコア基板２は、特に制限はなく、従来の多層配線基板に使用されているコア基板を使用することができる。図示例では、コア基板２は複数のスルーホール４（図示例では１個のスルーホール４のみを示す）が形成されたコア材２′と、各スルーホール４内を含みコア材２′全面に形成された絶縁層３と、各スルーホール４内に位置する導電材料５を備えている。さらに、絶縁層３上には、導電材料５を被覆するランド６と、所望の配線７が形成されている。

コア基板２に形成されたスルーホール４は、内径が１０〜３００μｍの範囲内であってよく、図示のようにコア材２′の厚み方向で内径がほぼ一定のストレート形状であってもよく、また、一方の開口径が広いテーパー形状、コア材２′の厚み方向の略中央で内径が狭くなっているような形状等であってもよい。また、コア基板２は、その厚みが２０〜６００μｍ、好ましくは５０〜２５０μｍの範囲内とすることができる。コア基板２の厚みが２０μｍ未満であると、支持体として充分な強度を保持できず、６００μｍを超えると、半導体装置の薄型化に支障を来たすことになり好ましくない。
コア基板２を構成するコア材２′の材質は、例えば、シリコン、セラミック、ガラス、ガラス−エポキシ複合材料、あるいは金属材料等とすることができる。また、コア基板２に形成されている絶縁層３の材質は、例えば、二酸化珪素、窒化珪素、エポキシ樹脂、ホーロエナメル等の電気絶縁膜であってよく、コア材２′の材質が電気絶縁性のものである場合には、絶縁層３がなくてもよい。

コア基板２を構成する導電材料５は、例えば、銅、銀、金、タングステン、タンタル等の金属材料、銅粒子、銀粒子等の導電性粒子を含有した公知の導電性ペースト、あるいは、スズ−亜鉛系、スズ−銀系、スズ−ビスマス系、スズ−鉛系等の半田であってよい。また、これらを組み合わせて使用することもできる。ランド６、配線７の材質は、例えば、銅、銀、金、クロム等の導電材料とすることができる。尚、ランド６は導電材料５と同じ材質であってもよい。
多層配線基板１を構成する多層配線層１０は、図示例では、コア基板２上に形成された１層目〜３層目の電気絶縁層１１ａ〜１１ｃと、各電気絶縁層上に形成された１層目〜３層目の配線１２ａ〜１２ｃとを備えている。

１層目の配線１２ａの所望の部位は、ランド１５ａに接続されており、また、１層目の電気絶縁層１１ａには、長手形状開口部１３ａが形成されている。そして、上記のランド１５ａは、長手形状開口部１３ａ内に位置するビア１４ａを被覆している。したがって、１層目の配線１２ａは、ビア１４ａ、ランド１５ａを介して、コア基板２のランド６と上下導通がなされている。勿論、コア基板２の配線７に接続された図示しないランドと１層目の配線１２ａとが上下導通なされていてもよい。
同様に、２層目の配線１２ｂの所望の部位は、ランド１５ｂに接続されており、また、２層目の電気絶縁層１１ｂには、長手形状開口部１３ｂが形成されている。そして、上記のランド１５ｂは、長手形状開口部１３ｂ内に位置するビア１４ｂを被覆している。したがって、２層目の配線１２ｂは、ビア１４ｂ、ランド１５ｂを介して、１層目の配線１２ａに接続されたランド１２ａ′と上下導通がなされている。

さらに、３層目の配線１２ｃの所望の部位は、ランド１５ｃに接続されており、また、３層目の電気絶縁層１１ｃには、長手形状開口部１３ｃが形成されている。そして、上記のランド１５ｃは、長手形状開口部１３ｃ内に位置するビア１４ｃを被覆している。したがって、３層目の配線１２ｃは、ビア１４ｃ、ランド１５ｃを介して、２層目の配線１２ｂに接続されたランド１２ｂ′と上下導通がなされている。この３層目では、長手形状ランド１５ｃが長軸方向を揃えて短軸方向に複数配設されている。
上記の長手形状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、長軸方向が図示の矢印ａ方向であり、短軸の長さＬ１が１０〜２０μｍ、好ましくは１０〜１５μｍの範囲である長手形状をなす開口部である。このような長手形状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの形状は、図１にて鎖線で囲まれたような長円形状の他に、楕円形状、長方形状等であってよい。長手形状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの短軸の長さＬ１が１０μｍ未満であると、フォトリソグラフィー法による形成工程での解像度の限界により、高精細な開口形成が困難であり、また、２０μｍを超えると、従来の円形状の開口部に対する狭ピッチ化の効果が得られない。

長手形状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長軸の長さＬ２と短軸の長さＬ１の比は２〜５、好ましくは２．５〜４の範囲である。長軸と短軸の比が２未満の場合、狭ピッチ化の効果が十分に得られず、長軸と短軸の比が５を超えると、相対的にビアが大きくなり、設計自由度が少なくなり好ましくない。また、長手形状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの開口面積は２００〜１０００μｍ²、好ましくは２５０〜９００μｍ²の範囲である。開口面積が２００μｍ²未満であると、短軸が少なくなり高精細な開口形成が困難であり、また、１０００μｍ²を超えると、狭ピッチ化の効果が十分に得られず好ましくない。
尚、本発明では、電気絶縁層１１ａ，１１ｂ，１１ｃに形成された上下導通用の開口部として、上記のような長手形状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの他に、従来の多層配線層で見られるような円形開口部を含むものであってもよい。

上記のランド１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、長手形状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長軸と同一方向（図１、図２の矢印ａ方向）に長軸を有する長手形状ランドである。このような長手形状ランド１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、例えば、長手形状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃと相似の形状とすることができる。この場合、長手形状ランドの長軸の長さＬ′２と短軸の長さＬ′１の比は２〜５、好ましくは２．５〜４の範囲とすることができ、短軸の長さＬ′１は２０〜５０μｍ、好ましくは２５〜３５μｍの範囲とすることができる。尚、上下導通用の開口部として従来の多層配線層で見られるような円形開口部を含む場合、この円形開口部内に位置するビア上のランドは円形状とすることができる。

上述にような多層配線層１０を構成する電気絶縁層１１ａ，１１ｂ，１１ｃの材質は、例えば、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、カルド樹脂、ポリイミド樹脂等の有機絶縁性材料、これらの有機材料とガラス繊維等を組み合わせたもの等の絶縁材料とすることができる。また、配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの材質、長手形状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ内に位置するビア１４ａ，１４ｂ，１４ｃの材質、および、ランド１５ａ，１５ｂ，１５ｃの材質は、例えば、銅、銀、金、クロム等の導電材料とすることができる。
上述の実施形態では、一方向（図１、図２の矢印ａ方向）に長手形状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長軸が向いているが、本発明では、長手形状開口部の長軸方向が多方向であってもよい。例えば、図３に示されるように、多層配線層の任意の層において、領域Ｅ１と領域Ｅ３では、長手形状開口部の長軸が矢印ａ方向であり、また、領域Ｅ２と領域Ｅ４では、長手形状開口部の長軸が矢印ｂ方向であってもよい。さらに、多層配線層の任意の層において、長手形状開口部の長軸がとる方向が３方向以上であってもよい。
上述の実施形態は本発明の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

次に、具体的実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
コア材として、厚み３００μｍのシリコンウエハを準備し、このコア材の一方の面にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜（厚み２μｍ）を成膜した。次いで、この窒化シリコン膜上に、ポジ型フォトレジスト（東京応化工業（株）製ＯＦＰＲ−８００）を塗布し、スルーホール形成用のフォトマスクを介して露光、現像することによりレジストパターンを形成した。次に、ＣＦ₄をエッチングガスとして、レジストパターンから露出している窒化シリコン膜をドライエッチングし、その後、レジストパターンを専用剥離液で剥離し、窒化シリコンからなるマスクパターンを形成した。上記のシリコンウエハのＸＹ方向（シリコンウエハの表面に平行な平面）の熱膨張係数は、３ｐｐｍであった。また、マスクパターンは、直径が３０μｍである円形開口が６０〜１０００μｍピッチで形成されたものであった。

次に、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置により、マスクパターンから露出しているシリコンを、エッチングガスにＳＦ₆を用いてエッチングしてスルーホールを形成した。このスルーホールは、開口径が約２２μｍであった。
次に、スルーホールが形成されたコア材に熱酸化処理（１０５０℃、２０分間）を施して、コア材の表面（スルーホール内壁面を含む）に二酸化珪素からなる絶縁膜を形成した。その後、コア材の一方の面とスルーホール内壁面とに、チタン−銅の順にスパッタリング法により下地導電薄膜を０．２μｍの厚みで形成した。次いで、この下地導電薄膜上にドライフィルムレジスト（旭化成（株）製ＡＰＲ）をラミネートした。次いで、ランド形成用のフォトマスクを介し露光、現像してレジストパターン（厚み１０μｍ）を形成した。このレジストパターンをマスクとし、上記の下地導電薄膜を給電層として、電気銅めっきを行なった。これにより、スルーホール内を電気銅めっきで充填した。

次に、コア材の両面に突出した導電材料を、不二越機械工業（株）製ＭＣＰ１５０Ｘを用いて研磨し、次いで、レジストパターンと下地導電薄膜を除去してコア基板を得た。このコア基板は、スルーホールに充填された導電材料によって表裏の導通がなされ、導電材料は、直径４０μｍ、高さ１０μｍのランドをコア基板面から突出して備えるものであった。

次に、上記のコア基板のランド形成面に、感光性のベンゾシクロブテン樹脂組成物（ダウ・ケミカル社製サイクロテン４０２４）をスピンナー塗布、乾燥して厚み２０μｍの電気絶縁層を形成した。次に、露光、現像を行なって、コア基板のランドが露出するように長手形状開口部（短軸長：１０μｍ、長軸長：３０μｍ）を電気絶縁層に形成した。そして、洗浄後、長手形状開口部内および電気絶縁層上にスパッタリング法によりチタンと銅からなる導電層を形成し、この導電層上に液状レジスト（東京応化工業（株）製ＬＡ９００）を塗布した。次いで、ランド・配線形成用のフォトマスクを介し露光、現像してランド・配線形成用の絶縁パターンを形成した。この絶縁パターンをマスクとして電気銅めっき（配線部位の厚み４μｍ）を行い、その後、絶縁パターンと露出している不要な導電層を除去した。これにより、電気絶縁層を介して１層目の配線を形成した。上記の配線はランド（短軸長：２０μｍ、長軸長：４０μｍの長円形状）、ビア（短軸長：１０μｍ、長軸長：３０μｍの長円形状）を介して、コア基板のランドに接続されたものであった。

同様の操作を行い、電気絶縁層を介して２層目の配線を形成した。
さらに、同様の操作を行い、電気絶縁層を介して３層目の配線を形成した。この３層目の配線形成では、電気絶縁層に形成した上下導通用の長手形状開口部（短軸長：１０μｍ、長軸長：３０μｍ）のピッチを３０μｍとして、複数の長手形状ランドを長軸方向を揃えて短軸方向に複数配設した。
これにより、図１および図２に示されるような多層配線基板を得た。

本発明は、高密度配線を備えた多層配線基板を含む多方面の用途に有用である。

本発明の多層配線基板の一実施形態を示す部分平面図である。図１に示される多層配線基板のＡ−Ａ線での縦断面図である。本発明の多層配線基板の他の実施形態を説明するための平面図である。

符号の説明

１…多層配線基板
２…コア基板
４…スルーホール
５…導電材料
６…ランド部
１０…多層配線層
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…電気絶縁層
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…配線
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…長手形状開口部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…ビア
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１２ａ′，１２ｂ′…ランド

Claims

コア基板と、該コア基板上に配設された多層配線層とを備え、該多層配線層は、電気絶縁層を介して配線が複数層形成されており、各層の配線の上下導通は前記電気絶縁層に形成された複数の開口部内に位置するビアと該ビアを被覆するランドとを介してなされており、複数の前記開口部の少なくとも一部は、短軸の長さが１０〜１５μｍの範囲である長手形状開口部であり、該長手形状開口部は、長軸と短軸の比が２．５〜４の範囲であり、開口面積が２００〜１０００μｍ ² の範囲であり、前記長手形状開口部内に位置するビア上の前記ランドは、前記長手形状開口部の長軸と同一方向に長軸を有する長手形状ランドであり、該長手形状ランドは、長軸と短軸の比が２．５〜４の範囲であり、短軸の長さが２５〜３５μｍの範囲であることを特徴とする多層配線基板。
１つの電気絶縁層における前記長手形状開口部の長軸の方向は、一方向であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
１つの電気絶縁層における前記長手形状開口部の長軸の方向は、多方向であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
１つの電気絶縁層において複数の前記長手形状ランドが長軸方向を揃えて短軸方向に複数配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多層配線基板。