JP6572673B2 - 電子装置及び電子装置の製造方法 - Google Patents

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    • H01L2224/05163Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05166Titanium [Ti] as principal constituent
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    • H01L2224/05599Material
    • H01L2224/056Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05639Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
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    • H01L2224/0554External layer
    • H01L2224/05599Material
    • H01L2224/056Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05647Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/056Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05655Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/05698Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/05699Material of the matrix
    • H01L2224/057Material of the matrix with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05738Material of the matrix with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05755Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/05799Base material
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    • H01L2224/05838Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05839Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554External layer
    • H01L2224/05599Material
    • H01L2224/05698Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/05798Fillers
    • H01L2224/05799Base material
    • H01L2224/058Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05838Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05844Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/0554External layer
    • H01L2224/05599Material
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    • H01L2224/05798Fillers
    • H01L2224/05799Base material
    • H01L2224/058Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05838Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05847Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/05599Material
    • H01L2224/05698Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/05798Fillers
    • H01L2224/05999Shape or distribution of the fillers
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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/1012Auxiliary members for bump connectors, e.g. spacers
    • H01L2224/10122Auxiliary members for bump connectors, e.g. spacers being formed on the semiconductor or solid-state body to be connected
    • H01L2224/10125Reinforcing structures
    • H01L2224/10126Bump collar
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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods
    • H01L2224/113Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector
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    • H01L2224/13101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
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    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/16227Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bond pad of the item
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    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/16238Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bonding area protruding from the surface of the item
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    • H01L2224/732Location after the connecting process
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    • H01L2224/8119Arrangement of the bump connectors prior to mounting
    • H01L2224/81192Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2225/00Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06513Bump or bump-like direct electrical connections between devices, e.g. flip-chip connection, solder bumps
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    • H01L23/31Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
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    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
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Description

本発明は、電子装置及び電子装置の製造方法に関する。
半導体装置に関し、導体上に、その一部に通じる開口部を有する絶縁体(保護膜)を設ける技術、その導体の、絶縁体の開口部から露出する部位に、ワイヤやバンプを接続する技術が知られている。
このような導体に、ワイヤボンディングの衝撃で発生する応力を吸収する、空孔を備えた多孔質金属膜を用いる技術が提案されている。また、導体に、パッド電極と、バンプ電極材料のバリア膜との積層構造を用いる技術、更に、絶縁体の開口部から露出するバリア膜上に、ニッケル(Ni)等の導電性微粒子膜を設ける技術が提案されている。
特開2012−216772号公報 特開2010−109380号公報
導体上に、その一部に通じる開口部を有する絶縁体を設ける構造では、導体と絶縁体との間の密着性が低いと、絶縁体が導体から剥離してしまうことが起こり得る。このような導体からの絶縁体の剥離が生じると、絶縁体による保護効果の低下、絶縁体下の導体を用いる電気接続の不良等を招く恐れがある。
導体からの絶縁体の剥離は、半導体装置に限らず、導体と絶縁体について同様の構造を採用する半導体素子や回路基板等、各種電子装置で同様に起こり得る。
本発明の一観点によれば、第1絶縁部を有する第1基板と、前記第1絶縁部の上方に設けられた多孔質の第1導体と、前記第1導体の第1部位の表面及び細孔内に設けられ、前記第1導体の第2部位に通じる開口部を有する絶縁体とを含む電子装置が提供される。
また、本発明の一観点によれば、上記のような電子装置の製造方法が提供される。
開示の技術によれば、導体とそれに通じる開口部を有する絶縁体との密着性に優れる電子装置を実現することが可能になる。
第1の例に係る電子装置の説明図(その1)である。 第1の例に係る電子装置の説明図(その2)である。 第2の例に係る電子装置の説明図である。 第3の例に係る電子装置の説明図(その1)である。 第3の例に係る電子装置の説明図(その2)である。 第1の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 第1の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図(その1)である。 第1の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図(その2)である。 第1の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図(その3)である。 第1の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図(その4)である。 第1の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図(その5)である。 第1の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図(その6)である。 第1の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図(その7)である。 第2の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 第2の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図(その1)である。 第2の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図(その2)である。 第2の実施の形態に係る電子装置の形成方法の別例を示す図である。 第3の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 第4の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 第5の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 第6の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 第7の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 第8の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 第9の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 半導体チップの構成例を示す図である。 半導体パッケージの構成例を示す図である。 半導体パッケージの別の構成例を示す図である。 回路基板の構成例を示す図である。
はじめに、半導体装置や回路基板といった電子装置の構成例(第1〜第3の例)について述べる。
図1及び図2は第1の例に係る電子装置の説明図である。図1及び図2には、第1の例に係る電子装置の形成方法の、各工程の要部断面を、模式的に図示している。図1及び図2に示す方法は、電解めっき法を用いて電子装置を形成する方法の一例である。
この方法では、まず、図1(A)に示すように、電子装置の本体部である基板101上に、銅(Cu)等の電解めっきにより、ランドやパッド等の電極層102を形成する。次いで、電極層102を覆うように絶縁材料を形成し、その絶縁材料の一部を除去し、図1(B)に示すような、電極層102の一部に通じる開口部103aを有する絶縁層103を形成する。次いで、図1(C)に示すように、スパッタ法により、全面にチタン(Ti)、Cu等をシード層104として形成する。次いで、図1(D)に示すように、シード層104上に、絶縁層103の開口部103aを含む領域に開口部105aを有するフォトレジスト105を形成する。
フォトレジスト105の形成後、図2(A)に示すように、電解めっきにより、フォトレジスト105の開口部105a内のシード層104上に、Ni等のバリア層106を形成し、更にその上に、金(Au)等の表面処理層107を形成する。その後、図2(B)に示すように、フォトレジスト105を除去し、図2(C)に示すように、フォトレジスト105の除去後に露出するシード層104をエッチングにより除去する。
例えば、このようにして形成される電子装置100の、バリア層106及び表面処理層107の上に、半田が接合される。表面処理層107は、半田接合前のバリア層106等の酸化を抑制する機能を有し、半田接合時には比較的容易に半田と合金を形成する。バリア層106は、下に設けられる電極層102と、上に設けられる半田との間を導通させると共に、電極層102と半田との間の、互いの成分の拡散、合金化を抑制する機能を有する。電極層102と半田との間の、互いの成分の拡散、合金化を抑制することで、電極層102の劣化、電極層102の更に下地導体部の劣化、半田と電極層102の間の接合強度の劣化等を抑制する。
上記のような、電解めっき法を用いた電子装置100の形成は、少なくとも上記図1及び図2に示すような7工程を要し、比較的工数が多くなる。
図3は第2の例に係る電子装置の説明図である。図3には、第2の例に係る電子装置の形成方法の、各工程の要部断面を、模式的に図示している。図3に示す方法は、電解めっき法及び無電解めっき法を用いて電子装置を形成する方法の一例である。
この方法では、まず、上記図1(A)と同様に、図3(A)に示すように、基板101上に、Cu等の電解めっきにより、電極層102を形成する。次いで、電極層102を覆うように絶縁材料を形成し、その絶縁材料の一部を除去し、上記図1(B)と同様に、図3(B)に示すような、電極層102の一部に通じる開口部103aを有する絶縁層103を形成する。その後、図3(C)に示すように、絶縁層103の開口部103aから露出する電極層102上に、無電解めっきにより、Ni等のバリア層106を形成し、更にその上に、Au等の表面処理層107を形成する。尚、このような無電解めっきにより形成されるバリア層106には、リン(P)やホウ素(B)が含有され得る。
このような、無電解めっき法を用いる電子装置110の形成では、上記電子装置100の形成(図1及び図2)に比べて、工数を減らすことができる。
また、この図3のような方法で形成される電子装置110では、電極層102の面積をバリア層106の面積よりも広くすることができる。そのため、この電極層102下に、比較的大径のビアを接続したり、或いは、比較的小径のビアを多数接続したり、或いはまた、比較的大面積の導体パターンを接続(積層)したりすることが可能になり、大電流を流すことのできる電子装置110が実現可能になる。
但し、この電子装置110では、絶縁層103の開口部103aの開口サイズが小さくなると、無電解めっきによるバリア層106の形成が難しくなる。これは、開口部103aが小さくなると、開口部103a内に露出する下地の電極層102の表面積が小さくなって、それとめっき液との接触面積が小さくなり、バリア層106が成長するための核が生成し難くなるためである。例えば、開口部103aが直径20μm以下といった開口サイズになると、このようなことが起こり易くなる傾向がある。
これに対し、電解めっきによってバリア層106を形成する上記電子装置100では、通電によって強制的にめっき成分を析出させる。そのため、めっき液と絶縁層103との間に一定の濡れ性があれば、開口部103aが直径20μm以下といった開口サイズであっても、バリア層106を形成することが可能である。しかし、電解めっきであっても、開口部103aが直径10μm以下といった更に小さな開口サイズになると、やはりバリア層106の形成は難しくなる。
図4及び図5は第3の例に係る電子装置の説明図である。
図4に示す電子装置120は、電極層102の上面を覆うようにバリア層106が設けられ、それらの上に、バリア層106の一部に通じる開口部103aを有する絶縁層103が設けられている点で、上記電子装置110(図3(C))と相違する。
図4に示すような電子装置120を形成する場合は、例えば、上記図3(A)に示すような電極層102の形成に続けて、無電解めっきによるバリア層106の形成を行う。その後、上記図3(B)の例に従い、電極層102及びバリア層106を覆うように絶縁材料を形成し、その絶縁材料の一部を除去し、バリア層106の一部に通じる開口部103aを有する絶縁層103を形成する。そして、開口部103aから露出する一部のバリア層106上に、上記図3(C)の例に従い、表面処理層107を形成する。このような方法により、図4に示すような電子装置120を形成することができる。
図4に示すような電子装置120では、開口部103aを有する絶縁層103の形成前にバリア層106を形成するため、開口部103aの開口サイズによらず、開口部103a内にバリア層106を設けることができる。
しかし、この電子装置120では、バリア層106と絶縁層103との間の密着性が低いと、半田接合時のリフロー等の加熱処理により、例えば図5に示すように、バリア層106から絶縁層103が剥離してしまうことが起こり得る。一例として、バリア層106にNiを用い、絶縁層103に樹脂を用いる場合、Niと樹脂とは密着性が比較的低いことから、図5に示すようなバリア層106からの絶縁層103の剥離が生じ易い傾向がある。
このような絶縁層103の剥離が生じると、絶縁層103の保護膜としての機能が低下し、衝撃によってバリア層106や電極層102を含む回路が断線したり破損したりする等、電子装置120の機械的強度が低下する恐れがある。
また、バリア層106上に半田が接合される場合、接合時の加熱で溶融する半田が、バリア層106とそこから剥離した絶縁層103との間に流れ込む恐れがある。バリア層106と絶縁層103との間に半田が流れ込むと、電極層102と半田とが接触しそれらの合金化が進行したり、形成される半田バンプに高さばらつきが発生したり、流れ込んだ半田を介してショートが発生したりする恐れがある。
更にまた、バリア層106とそこから剥離した絶縁層103との間から水分等が浸入し易くなり、バリア層106や電極層102の寿命が短くなったり、エレクトロマイグレーションが発生し易くなったりする恐れがある。
この図5に示すような絶縁層103の剥離は、図4に示すような、絶縁層103がバリア層106の上面に接触する電子装置120に限らず、上記図3に示すような、絶縁層103が電極層102の上面に接触する電子装置110でも同様に起こり得る。例えば、電子装置110であっても、その製造の熱処理時や、熱サイクル試験等の試験時、或いは動作時に印加される熱によって、電極層102と絶縁層103との間の密着性が劣化し、絶縁層103の剥離が起こり得る。
以上のような点に鑑み、ここでは、以下に実施の形態として示すような技術を用い、電子装置における導体部分と絶縁体部分との間の密着性を高め、導体部分からの絶縁体部分の剥離を抑制する。
まず、第1の実施の形態について説明する。
図6は第1の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図6には、第1の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
図6に示す電子装置10は、基板11、電極層12、多孔質導体層13及び絶縁層14を含む。
電子装置10は、半導体チップ(半導体素子)や、半導体チップと当該半導体チップが搭載されたパッケージ基板(回路基板)とを含む半導体パッケージ等の半導体装置、或いは回路基板である。尚、半導体装置及び回路基板の構成例については後述する(図25〜図28)。
基板11は、電子装置10の本体部である。電子装置10の本体部としては、トランジスタ等の素子が形成されたシリコン(Si)等の半導体基板、配線層又は再配線層が形成された半導体基板や樹脂層、回路基板の内層(電極層12を含む表層が形成される層)等が挙げられる。
電極層12は、所定の基板11の、所定の領域に設けられる。電極層12は、基板11の内部に設けられる配線やビア等の導体部(図示せず)に電気的に接続される。電極層12は、例えば、ランドやパッドである。電極層12には、Cu、Ni、タングステン(W)等、各種導体材料が用いられる。尚、図6には、電極層12下に、その形成時に用いられるシード層12aが設けられている場合を例示している。
多孔質導体層13には、細孔13aを有する多孔質の導体材料が用いられる。多孔質導体層13は、電極層12の表面(この例では上面及び側面)を覆うように設けられる。多孔質導体層13は、例えば、電極層12と、電子装置10を他の電子装置に接合する際に電極層12上方に設けられる半田との間の、互いの成分の拡散、合金(固溶体又は金属間化合物)の形成を抑制するバリア層として設けられる。この場合、多孔質導体層13には、電極層12の導体材料に比べて半田との反応が遅い導体材料、換言すれば半田に対する拡散係数の小さい導体材料が用いられる。例えば、電極層12にCuが用いられる場合、Cuよりも半田に対する拡散係数の小さい導体材料としてはNi等が挙げられ、このような導体材料を用いて多孔質導体層13が形成される。
絶縁層14は、多孔質導体層13の中央部X1に通じる開口部14aを有し、絶縁層14は、多孔質導体層13の、中央部X1外側の端部X2の表面(この例では上面及び側面)並びに細孔13a内に設けられる。多孔質導体層13の中央部X1の細孔13a内には絶縁層14が設けられず、中央部X1の細孔13aは空孔の状態になっている。絶縁層14には、例えば、パッシベーション膜やソルダーレジスト等の保護絶縁層として利用される各種樹脂材料が用いられる。絶縁層14に用いられる樹脂材料としては、ポリイミド(PI)、ポリベンゾオキサゾール(PBO)等が挙げられる。また、絶縁層14には、樹脂に、シリカ等の絶縁性のフィラーを含有させた材料や、ガラス等の繊維を含有させた材料が用いられてもよい。
多孔質導体層13及びその細孔13a内に絶縁層14の一部が設けられる点の詳細については後述する。
第1の実施の形態に係る電子装置10では、電極層12と、その表面に設けられた多孔質導体層13とを備える端子が設けられ、その端子表面の多孔質導体層13の中央部X1に通じる開口部14aを有する絶縁層14が、保護絶縁層として設けられる。電子装置10では、図6に示すように、絶縁層14が、多孔質導体層13の端部X2において、その表面を覆うように設けられると共に、その表面から細孔13a内にも設けられる。このように絶縁層14の一部が多孔質導体層13の細孔13a内に設けられることで、絶縁層14についてアンカー効果が発現され、多孔質導体層13に対する絶縁層14の密着性が高められている。
尚、図6には、1つの電極層12とそれを覆う多孔質導体層13、及びその多孔質導体層13に通じる開口部14aを有する絶縁層14を例示したが、基板11上には、このような構造が、所定の複数の領域に設けられ得る。
また、図6には、多孔質導体層13が電極層12の上面及び側面を覆う構成を例示したが、多孔質導体層13が電極層12の上面のみを覆う構成であっても、上記のようなアンカー効果により、絶縁層14の密着性を高めることが可能である。
続いて、図6に例示した構成を例に、電子装置10の形成方法について述べる。
図7〜図13は第1の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図である。以下、図7〜図13を参照して、第1の実施の形態に係る電子装置の形成方法の一例について説明する。
図7は第1の実施の形態に係る電極層形成工程の一例を示す図である。図7(A)〜図7(D)には、第1の実施の形態に係る電極層形成工程の要部断面を模式的に図示している。
まず、図7(A)に示すような基板11(電子装置10の本体部)を準備する。そして、図7(A)に示すように、準備した基板11上に、スパッタ法により、例えばTi及びCuを堆積し、シード層12aを形成する。シード層12aの厚さは、それを給電層に用いた電解めっきを行うことができるものであれば、特に限定されない。但し、シード層12aは、後述のように、電極層12の形成後に露出する部位がエッチングにより除去される。そのエッチングが長時間になるのを抑えるためには、シード層12aの厚さを1μm以下としておくことが好ましい。
シード層12aの形成後、図7(B)に示すように、フォトレジスト15を形成し、その露光及び現像を行って、電極層12を形成する領域に開口部15aを形成する。
この開口部15aを有するフォトレジスト15をマスクにし、シード層12aを給電層に用いたCu等の電解めっきを行って、図7(C)に示すように、電極層12を形成する。
電極層12の形成後、図7(D)に示すように、フォトレジスト15を除去し、フォトレジスト15の除去後に露出するシード層12aをエッチングにより除去する。
このようにして、基板11上に電極層12(及びシード層12a)を形成する。
図8は第1の実施の形態に係る多孔質導体層形成工程の一例を示す図である。図8には、第1の実施の形態に係る多孔質導体層形成工程の要部断面を模式的に図示している。
電極層12の形成後、図8に示すように、電極層12の表面(この例では上面及び側面)に多孔質導体層13を形成する。例えば、無電解めっきにより、電極層12の表面に、Niを主体とする多孔質導体層13を形成する。
ここで、図9は第1の実施の形態に係る多孔質導体層形成時の無電解めっき工程の説明図である。
無電解めっきによる多孔質導体層13の形成では、まず、電極層12の形成まで行った基板11を、図9に示すように、ホルダ20にセットし、めっき槽30内の所定のめっき液31に浸漬する。
めっき液31には、例えば、Ni及びPを含有するもの、或いは、Ni及びBを含有するものが用いられる。この場合、形成される多孔質導体層13のP濃度が増加すると半田付け性が悪化する傾向があることから、めっき液31のP濃度は12%以下に設定することが望ましい。また、形成される多孔質導体層13のB濃度は半田付け性には影響しない傾向があることから、めっき液31のB濃度は特に限定されない。
めっき液31には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の樹脂粒子32が含有される。樹脂粒子32には、例えば、平均粒径1μm以下のものが用いられる。
樹脂粒子32を含有する、所定の温度に設定しためっき液31に、電極層12の形成まで行った基板11を浸漬し、無電解Ni−Pめっき、或いは、無電解Ni−Bめっきを行う。無電解Ni−Pめっきでは、めっき液31の温度を、例えば80℃〜90℃に設定する。無電解Ni−Bめっきでは、めっき液31の温度を、例えば50℃〜65℃に設定する。
基板11上の電極層12の表面には、無電解めっきにより、樹脂粒子32を含有するNi−Pめっき層或いはNi−Bめっき層が析出する。めっき槽30から基板11を引き上げた後、電極層12の表面に析出したNi−Pめっき層或いはNi−Bめっき層から、含有される樹脂粒子32を選択的に除去する。例えば、用いた樹脂粒子32の材料に応じ、加熱処理によって樹脂粒子32を揮発させたり、薬液処理によって樹脂粒子32を溶解させたりすることで、Ni−Pめっき層或いはNi−Bめっき層から樹脂粒子32を選択的に除去する。Ni−Pめっき層或いはNi−Bめっき層から、樹脂粒子32を選択的に除去することで、その樹脂粒子32が除去された部位を細孔13aとする多孔質導体層13が形成される。
半田接合時のバリア性(電極層12と半田の成分の相互拡散抑制)実現の観点から、厚さが1μm〜5μmの多孔質導体層13を形成することが望ましい。
多孔質導体層13及びその形成について更に述べる。
図10は第1の実施の形態に係る多孔質導体層の一例を示す図である。図10には、第1の実施の形態に係る、電極層表面に形成される多孔質導体層の一例の要部断面を模式的に図示している。
図10に示すように、多孔質導体層13は、その細孔13aのサイズ(平均細孔径(平均径))が、電極層12側で比較的小さく、多孔質導体層13の表面側で比較的大きい細孔分布となるように形成することができる。例えば、多孔質導体層13は、その細孔13aの平均径が、電極層12側から表面側に向かって徐々に大きくなるような細孔分布とされる。
一例として、多孔質導体層13の、電極層12付近での細孔13aの平均径は0.2μm程度となり、表面側に向かって細孔13aの平均径が徐々に大きくなる。多孔質導体層13の厚さが1μmの場合は表面付近での細孔13aの平均径は1μm程度になり、多孔質導体層13の厚さが3μmの場合は表面付近での細孔13aの平均径は3μm程度になる。このように、多孔質導体層13の厚さに概ね比例して表面付近での細孔13aの平均径が増大する傾向がある。
図10に示すような細孔分布を有する多孔質導体層13は、例えば、次のようにして形成される。
即ち、電極層12の形成まで行った基板11を、樹脂粒子32を含有するめっき液31に浸漬し、無電解めっきを行うと、まず電極層12の表面付近に、樹脂粒子32を含有する、Ni−PやNi−Bのめっき層下層部13bが析出する。
更に無電解めっきを行うと、そのめっき層下層部13b上に、樹脂粒子32を含有する、Ni−PやNi−Bのめっき層中層部13cが析出する。その下地となるめっき層下層部13bには、樹脂粒子32が含有されているため、樹脂粒子32が含有されていない場合に比べ、Ni−PやNi−Bの露出面積が小さくなり、新たなNi−PやNi−Bが成長できる領域の面積が小さくなる。そのため、めっき層下層部13b上に析出されるめっき層中層部13cは、めっき層下層部13bに比べ、Ni−PやNi−Bの占める体積が減少し、代わりに樹脂粒子32の占める体積が増大する。
更に無電解めっきを行い、めっき層中層部13c上に、樹脂粒子32を含有する、Ni−PやNi−Bのめっき層上層部13dを析出する際にも、同様のことが起こる。即ち、めっき層下層部13bよりも更にNi−PやNi−Bの露出面積が小さくなっためっき層中層部13c上に析出されるめっき層上層部13dは、めっき層中層部13cに比べ、Ni−PやNi−Bの占める体積が減少し、樹脂粒子32の占める体積が増大する。
このように無電解めっきが進行することで、電極層12上には、めっき層下層部13b、めっき層中層部13c、めっき層上層部13dの順に、樹脂粒子32の占める体積が増大した、Ni−Pめっき層或いはNi−Bめっき層が形成される。このようなNi−Pめっき層或いはNi−Bめっき層から、樹脂粒子32を選択的に除去することで、図10に示すような、内部から表面に近付くにつれて細孔13aの平均径が大きくなるような細孔分布を有する多孔質導体層13が形成される。
尚、図10には、めっき層下層部13b、めっき層中層部13c及びめっき層上層部13dの、3層に分割されためっき層を例示したが、分割層数は3層に限定されるものではなく、また、めっき層は必ずしも複数層に明確に分割されたものであることを要しない。めっき層は、1回の無電解めっき処理で形成されてもよいし、複数回の無電解めっき処理で形成されてもよい。めっき層を、複数回の無電解めっき処理で形成する場合には、各回でめっき液31に含有させる樹脂粒子32のサイズを変更(上層形成時ほど樹脂粒子32のサイズを大きく)してもよい。
多孔質導体層13の形成後は、絶縁層14の形成が行われる。
図11は第1の実施の形態に係る絶縁層形成工程の一例を示す図である。図11(A)には、第1の実施の形態に係る絶縁材料形成工程の要部断面を模式的に図示している。図11(B)には、第1の実施の形態に係る開口部形成工程の要部断面を模式的に図示している。
まず、図11(A)に示すように、多孔質導体層13の形成まで行った基板11上に、絶縁材料14bを形成する。絶縁材料14bには、例えば、感光性のPIやPBO等の樹脂が用いられる。絶縁材料14bに用いられる樹脂には、絶縁性のフィラーや繊維等が含有されてもよい。
例えば、上記のような所定の樹脂を基板11上に塗布し、ホットプレート等の加熱器具でプリベークし、絶縁材料14bを形成する。絶縁材料14bの形成後、その露光及び現像を行い、図11(B)に示すように、多孔質導体層13の中央部X1に通じる開口部14aを形成する。このようにして開口部14aを形成した絶縁材料14bを、イナートオーブン等を用いた低酸素雰囲気での熱処理によって固化することで、絶縁層14を形成する。
ここで、図12は第1の実施の形態に係る絶縁層形成工程の説明図である。図12(A)及び図12(B)には、第1の実施の形態に係る絶縁材料形成工程の要部断面を模式的に図示している。図12(C)には、第1の実施の形態に係る開口部形成工程の要部断面を模式的に図示している。
上記図11(A)のようにして基板11上に絶縁材料14bを形成(塗布)した時には、図12(A)、更に図12(B)に示すように、多孔質導体層13の表面に形成された絶縁材料14bが、毛細管現象により、その表面から細孔13a内に浸入する。このように絶縁材料14bは、多孔質導体層13の表面及び細孔13a内に形成される。上記のように内部よりも表面の細孔13aの平均径が大きくなる細孔分布を有する多孔質導体層13を形成しておくと、絶縁材料14bの、毛細管現象による多孔質導体層13内への浸入が進み易い。
多孔質導体層13の表面及び細孔13a内に形成された絶縁材料14bに対して露光及び現像が行われ、上記図11(B)のように、多孔質導体層13の中央部X1に通じる開口部14aが形成される。開口部14aの形成時には、露光及び現像により、図12(C)に示すように、多孔質導体層13の中央部X1の表面に形成された絶縁材料14b、及び中央部X1の細孔13a内に形成された絶縁材料14bが除去される。多孔質導体層13の端部X2の表面及び細孔13a内に形成された絶縁材料14bは、開口部14aの形成後も残存する。
このようにして、多孔質導体層13の中央部X1に通じる開口部14aを有し、端部X2の表面及び細孔13a内に設けられた絶縁層14(図11(B)及び図12(C))が得られる。絶縁層14は、その一部が多孔質導体層13の細孔13a内に設けられることで、多孔質導体層13と一体化されると言うこともできる。一部が多孔質導体層13の細孔13a内に設けられた絶縁層14は、アンカー効果により、多孔質導体層13と強く密着する。その結果、熱や外力が付与された場合でも、絶縁層14の、多孔質導体層13からの剥離を、効果的に抑制することが可能になる。
以上のような方法により、絶縁層14の密着性に優れる電子装置10(図6)が形成される。
一例として、第1の実施の形態に係る電子装置について得られた走査イオン顕微鏡(Scanning Ion Microscopy;SIM)像を図13に例示する。尚、この図13に例示するSIM像は、後述の実施例1に示す条件で形成される電子装置について得られたSIM像の一例である。
多孔質導体層13に通じる開口部14aを有する絶縁層14の形成後に得られた平面SIM像の一例を図13(A)に、断面SIM像の一例を図13(B)に、それぞれ示している。また、熱処理後に得られた断面SIM像の一例を図13(C)に示している。
図13(A)及び図13(B)に示すように、絶縁層14の開口部14aには、細孔13aを有する多孔質導体層13の中央部X1が露出し、多孔質導体層13の端部X2の表面及び細孔13a内に、絶縁層14が浸入している。開口部14aから露出する多孔質導体層13の中央部X1の、その細孔13aの絶縁層14(絶縁材料14b)は、除去されている。絶縁層14の形成後、所定の条件で熱処理を行っても、図13(C)に示すように、絶縁層14の、多孔質導体層13からの剥離は認められない。
以上説明したように、第1の実施の形態に係る電子装置10では、電極層12の表面に多孔質導体層13を設ける。そして、その多孔質導体層13の中央部X1に通じる開口部14aを有する絶縁層14の一部、即ち多孔質導体層13の端部X2を覆う絶縁層14の一部を、多孔質導体層13の細孔13a内に設ける。これにより、絶縁層14についてアンカー効果が発現され、絶縁層14の密着性に優れる電子装置10が実現される。
この電子装置10は、例えば半田を用いて、他の電子装置と接合することができる。この場合、半田は、電子装置10側については、その絶縁層14の開口部14aから露出する多孔質導体層13に接合される。多孔質導体層13は、バリア機能を有し、電極層12と半田との間の成分の相互拡散を抑制する。これにより、一定接合強度の半田接合部を得ることができる。尚、半田は、その一部が多孔質導体層13の細孔13a内に浸入する場合もある。このような場合でも、多孔質導体層13がバリア機能を有することで、上記同様の効果を得ることができる。
次に、第2の実施の形態について説明する。
図14は第2の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図14には、第2の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
図14に示す電子装置10Aは、絶縁層14の開口部14aから露出する多孔質導体層13の中央部X1の、その細孔13a内に、導体部16Aが設けられている点で、上記第1の実施の形態に係る電子装置10と相違する。
多孔質導体層13の中央部X1の細孔13a内に設けられる導体部16Aには、電子装置10Aを他の電子装置と接合する際に用いられる半田と合金を形成する導体材料が用いられる。導体部16Aには、例えば、半田に対する拡散係数が、多孔質導体層13の導体材料と同じか同程度、又はそれよりも大きい導体材料が用いられる。導体部16Aには、Cu、Ni、銀(Ag)、Au等が用いられる。
電子装置10Aは、例えば、次のようにして形成される。
図15及び図16は第2の実施の形態に係る電子装置の形成方法の説明図である。図15及び図16には、第2の実施の形態に係る無電解めっき工程の要部断面を模式的に図示している。
電子装置10Aの形成では、上記電子装置10の形成について図11及び図12で述べたような、開口部14aを有する絶縁層14の形成後に、無電解めっきを行う。その際は、開口部14aを有する絶縁層14の形成まで行った基板11(上記電子装置10)を、図15に示すように、導体部16Aに用いるCu、Ni、Ag、Au等の所定の成分を含有するめっき液33に浸漬する。めっき液33は、毛細管現象により、絶縁層14の開口部14aから露出する多孔質導体層13の中央部X1の、その細孔13a内に浸入する(図15に太矢印で図示)。多孔質導体層13の中央部X1の細孔13a内にめっき液33が浸入することで、図16に示すように、中央部X1の細孔13a内に導体部16Aが形成(析出)される。
導体部16Aは、例えば、絶縁層14の開口部14aから露出する多孔質導体層13の中央部X1の、その厚み分以上、つまり中央部X1の全細孔13aが導体部16Aで充填されるように、形成される。
上記第1の実施の形態に係る電子装置10と同様に、この第2の実施の形態に係る電子装置10Aにおいても、電極層12の表面に多孔質導体層13を設ける。そして、その多孔質導体層13の端部X2を覆う絶縁層14の一部を、多孔質導体層13の細孔13a内に設ける。これにより、絶縁層14についてアンカー効果が発現され、絶縁層14の密着性に優れる電子装置10Aが実現される。
更に、第2の実施の形態に係る電子装置10Aでは、絶縁層14の開口部14aから露出する多孔質導体層13の中央部X1の、その細孔13a内に、導体部16Aを設ける。ここで、他の電子装置との接合に用いられる半田と合金を形成する導体部16Aを用いると、半田との合金形成にこの導体部16Aの成分が用いられ、電極層12への半田成分の拡散、電極層12からの電極成分の拡散が抑制される。これにより、電極層12等の劣化が抑制される。また、導体部16Aと半田との合金形成により、一定接合強度の半田接合部が得られる。
以上のように、第2の実施の形態に係る電子装置10Aでは、絶縁層14の剥離が、その下地の多孔質導体層13の細孔13a内に一部が浸入することによるアンカー効果により、効果的に抑制される。更に、電子装置10Aでは、電極層12と、他の電子装置との接合に用いられる半田との間の成分の相互拡散が、バリア機能を有する多孔質導体層13と、その細孔13a内の導体部16Aとにより、効果的に抑制される。
尚、この第2の実施の形態に係る電子装置10Aにおいて、多孔質導体層13の中央部X1の細孔13a内に設ける導体部16Aは、1種に限定されない。
図17は第2の実施の形態に係る電子装置の形成方法の別例を示す図である。図17(A)には、第2の実施の形態に係る第1の導体材料形成工程の要部断面を模式的に図示している。図17(B)には、第2の実施の形態に係る第2の導体材料形成工程の要部断面を模式的に図示している。
この例では、開口部14aを有する絶縁層14の形成後、まず、図17(A)に示すように、多孔質導体層13の中央部X1の細孔13a内に、中央部X1の厚さを下回るような厚さ分、第1導体部16Aaを形成する。第1導体部16Aaは、無電解めっきにより形成する。第1導体部16Aaには、例えばCu、Ni又はAgが用いられる。
第1導体部16Aaの形成後、図17(B)に示すように、多孔質導体層13の中央部X1の、第1導体部16Aaが未形成の残りの細孔13a内に、第2導体部16Abを形成する。第2導体部16Abは、無電解めっきにより形成する。第2導体部16Abには、例えばAuが用いられる。
この例のように、多孔質導体層13の中央部X1の細孔13a内には、導体部16Aとして、第1導体部16Aaと第2導体部16Abの2種を設けてもよい。尚、ここでは、第1導体部16Aaと第2導体部16Abの2種を例示したが、導体部16Aとして、3種以上の導体材料が設けられてもよい。
また、電子装置10Aでは、多孔質導体層13の中央部X1の全細孔13aを1種又は2種以上の導体部で埋め、多孔質導体層13上及びその中央部X1の全細孔13aを埋める導体部上に更に、1種又は2種以上の導体部を形成することもできる。
次に、第3の実施の形態について説明する。
図18は第3の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図18には、第3の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
図18に示す電子装置10Bは、他の電子装置との接合に用いられる半田と合金を形成する導体材料が用いられた多孔質導体層13Bと、その中央部X1の細孔13a内に設けられバリア機能を有する導体部16Bとを備える。ここで、多孔質導体層13Bには、半田に対する拡散係数が、電極層12の導体材料と同じか同程度、又はそれよりも大きい導体材料が用いられる。導体部16Bには、半田に対する拡散係数が、多孔質導体層13Bの導体材料よりも小さい導体材料が用いられる。例えば、多孔質導体層13Bには、Cu、Ag等が用いられ、導体部16Bには、Ni等が用いられる。電子装置10Bは、このような点で、上記第2の実施の形態に係る電子装置10Aと相違する。
電子装置10Bは、上記第1及び第2の実施の形態で述べた方法の例に従って、形成される。
即ち、上記図7の例に従って電極層12の形成まで行った基板11に対し、ここではCu等の無電解めっきにより、多孔質導体層13Bを形成する。例えば、Cuの無電解めっきによって多孔質導体層13Bを形成する場合は、Cu成分のほかポリアセチレングリコール系の添加剤を含有しためっき液に、電極層12の形成まで行った基板11を浸漬する。これにより、平均径が1μm以下の細孔13aを有するCuの多孔質導体層13Bが形成される。
また、多孔質導体層13Bは、上記図8及び図9の例に従って形成してもよい。この場合、多孔質導体層13Bには、上記図10と同様に、内部から表面に近付くにつれて平均径が大きくなるような細孔分布を有する細孔13aが形成され得る。
多孔質導体層13Bの形成後、上記図11及び図12の例に従い、絶縁層14を形成する。この絶縁層14の形成時に、基板11上に形成(塗布)された絶縁材料14bが、毛細管現象によって多孔質導体層13Bの細孔13a内に浸入する。そして、多孔質導体層13Bの中央部X1の表面及び細孔13a内の絶縁材料14bが除去され、開口部14aを有する絶縁層14が形成される。
絶縁層14の形成後、上記図14〜図16の例に従い、その開口部14aから露出する多孔質導体層13Bの中央部X1の細孔13a内に、ここではNi−PやNi−B等の無電解めっきによって導体部16Bを形成する。多孔質導体層13Bの中央部X1の細孔13a内には、上記図17の例に従い、導体部16Bとして、複数種の導体材料を形成してもよい。例えば、多孔質導体層13Bの中央部X1の細孔13a内に、まず中央部X1の厚さを下回るような厚さ分、Ni−PやNi−B等を形成し、Ni−PやNi−B等が未形成の細孔13a内に、Auを形成する。このようにして複数種の成分を含む導体部16Bを形成する。
例えばこのような方法により、図18に示すような電子装置10Bが形成される。
また、多孔質導体層13Bには、焼結体を用いてもよい。多孔質導体層13Bに焼結体を用いる場合には、所定の導体粉末を含有する樹脂組成物(ペースト)を、マスクを用いて電極層12の表面に印刷し、これを、樹脂が蒸発し且つ導体粉末が焼結するような温度で熱処理することで、導体粉末の焼結体を形成する。例えば、平均粒径が0.1μm〜1μm程度のAg粒子を含有するAgペーストを、メタルマスクを用いて電極層12の表面に印刷し、これを所定の温度で熱処理することで、多孔質のAgの焼結体を形成する。このような焼結体の多孔質導体層13Bを形成した後、開口部14aを有する絶縁層14の形成、及び導体部16Bの形成を行い、電子装置10Bを得る。
第3の実施の形態に係る電子装置10Bでは、電極層12の表面に多孔質導体層13Bを設け、その端部X2を覆う絶縁層14の一部を、多孔質導体層13Bの細孔13a内に設けることで、絶縁層14について、アンカー効果による優れた密着性が得られる。ここで、多孔質導体層13Bには、導体部16Bに比べ、他の電子装置との接合に用いられる半田と比較的容易に合金を形成するものを用いる。これにより、半田との合金形成にこの多孔質導体層13Bの成分が用いられ、電極層12への半田成分の拡散、電極層12からの電極成分の拡散が抑制され、電極層12等の劣化が抑制される。また、多孔質導体層13Bと半田との合金形成により、一定接合強度の半田接合部が得られる。
更に、第3の実施の形態に係る電子装置10Bでは、絶縁層14の開口部14aから露出する多孔質導体層13Bの中央部X1の、その細孔13a内に、導体部16Bを設ける。ここで、導体部16Bには、多孔質導体層13Bに比べ、比較的半田と合金を形成し難いものを用いる。これにより、導体部16Bがバリア機能を発揮する。このようなバリア機能を有する導体部16Bは、上記のように、例えば無電解めっきによって多孔質導体層13Bの細孔13a内に形成される。この場合、多孔質導体層13Bは、多孔質でない導体層に比べ、その表面積が大きく、導体部16Bの成長に必要な核の形成確率が高い。そのため、絶縁層14の開口部14aが直径20μm以下といった比較的微細な開口サイズであっても、その開口部14a内に、バリア機能を有する部位、即ち導体部16Bを設けることができる。
以上のように、第3の実施の形態に係る電子装置10Bでは、絶縁層14の剥離が、その下地の多孔質導体層13Bの細孔13a内に一部が浸入することによるアンカー効果により、効果的に抑制される。更に、電子装置10Bでは、電極層12と半田との間の成分の相互拡散が、多孔質導体層13Bと、その細孔13a内に設けられた、バリア機能を有する導体部16Bとにより、効果的に抑制される。
次に、第4の実施の形態について説明する。
図19は第4の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図19には、第4の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
図19に示す電子装置10Cは、絶縁層14側の多孔質性の部位(多孔質部)13eと、電極層12側の非多孔質性の部位(非多孔質部)13fとを含む多孔質導体層13Cが設けられている点で、上記第2の実施の形態に係る電子装置10Aと相違する。電子装置10Cでは、多孔質導体層13Cの、絶縁層14の開口部14aから露出する多孔質部13eの細孔13a内に、導体部16Aが設けられる。
このような電子装置10Cの多孔質導体層13Cは、上記図7の例に従って基板11上に電極層12を形成した後、まず、非多孔質部13fを形成し、次いで、多孔質部13eを形成することで、得られる。ここで、非多孔質部13fは、例えば、Ni−PやNi−B等の無電解めっきによって形成することができる。尚、非多孔質部13fは、このような無電解めっき技術のほか、電解めっきやスパッタ法等の各種成膜(堆積)技術を用いて形成することもできる。多孔質部13eは、非多孔質部13fの形成まで行った基板11に対し、上記図8〜図10の例に従ってNi−PやNi−B等の無電解めっきを行うことで、形成することができる。
第4の実施の形態に係る電子装置10Cによっても、上記第2の実施の形態に係る電子装置10Aについて述べたのと同様の効果を得ることができる。電子装置10Cの多孔質導体層13Cのように、電極層12との接触部位を非多孔質部13fとした場合でも、絶縁層14の剥離を、その下地の多孔質部13eの細孔13a内に一部を浸入させることによるアンカー効果により、効果的に抑制することができる。
次に、第5の実施の形態について説明する。
図20は第5の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図20には、第5の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
図20に示す電子装置10Dは、多孔質導体層13の、電極層12側の部位に、絶縁層14が設けられていない空孔の状態の細孔13aが存在している点で、上記第2の実施の形態に係る電子装置10Aと相違する。
このような電子装置10Dは、上記図11及び図12の例に従って絶縁層14を形成する際、その絶縁材料14bを、多孔質導体層13の表面側から、その内部の、電極層12に達しない深さの領域に浸入させることで、形成することができる。絶縁材料14bの浸入深さは、絶縁材料14bの粘度、塗布量、塗布からプリベークを開始するまでの時間、多孔質導体層13の細孔13aのサイズや細孔分布等によって調整することができる。
第5の実施の形態に係る電子装置10Dによっても、上記第2の実施の形態に係る電子装置10Aについて述べたのと同様の効果を得ることができる。
次に、第6の実施の形態について説明する。
図21は第6の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図21には、第6の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
図21に示す電子装置10Eは、電極層12の上面及び側面のうち、上面のみに多孔質導体層13が設けられている点で、上記第2の実施の形態に係る電子装置10Aと相違する。
電子装置10Eは、例えば、次のようにして形成される。
まず、上記図7(A)〜図7(C)のように基板11上に電極層12を形成した後、フォトレジスト15を除去する前に、上記図8〜図10の例に従ってNi−PやNi−B等の無電解めっきを行い、電極層12の上面に多孔質導体層13を形成する。その後、上記図7(D)の例に従い、フォトレジスト15を除去し、その除去後に露出するシード層12aをエッチングする。
次いで、上記図11及び図12の例に従い、絶縁層14を形成する。電極層12とその上面に形成された多孔質導体層13を覆うように、基板11上に絶縁材料14bが形成(塗布)され、その絶縁材料14bが、毛細管現象によって多孔質導体層13の細孔13a内に浸入する。そして、多孔質導体層13の中央部X1の表面及び細孔13a内の絶縁材料14bが除去され、開口部14aを有する絶縁層14が形成される。
絶縁層14の形成後、上記図14〜図17の例に従い、その開口部14aから露出する多孔質導体層13の中央部X1の細孔13a内に、導体部16Aを形成する。
例えばこのような方法により、図21に示すような電子装置10Eが形成される。
第6の実施の形態に係る電子装置10Eによっても、上記第2の実施の形態に係る電子装置10Aについて述べたのと同様の効果を得ることができる。
次に、第7の実施の形態について説明する。
図22は第7の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図22には、第7の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
図22に示す電子装置10Fは、基板11と、基板11上に設けられた多孔質導体層13Fと、基板11上に設けられ多孔質導体層13Fの中央部X1に通じる開口部14aを有する絶縁層14とを含む。絶縁層14は、多孔質導体層13Fの、中央部X1外側の端部X2の表面(この例では上面及び側面)並びに細孔13a内に設けられる。多孔質導体層13Fの中央部X1の細孔13a内には、導体部16Fが設けられる。電子装置10Fでは、多孔質導体層13F及びその細孔13a内に設けられた導体部16Fが、電極層として機能する。
このような電子装置10Fの多孔質導体層13F及び導体部16Fには、例えば、次のような導体材料を用いることができる。
例えば、多孔質導体層13Fに、上記第1〜第6の実施の形態で述べた電極層12に用いられるような導体材料(Cu等)を用い、導体部16Fに、半田に対する拡散係数が、多孔質導体層13Fの導体材料よりも小さい導体材料(Ni等)を用いる。
或いは、導体部16Fに、上記電極層12に用いられるような導体材料(Cu等)を用い、多孔質導体層13Fに、半田に対する拡散係数が、導体部16Fの導体材料よりも小さい導体材料(Ni等)を用いる。
或いはまた、多孔質導体層13Fと導体部16Fとに、半田に対する拡散係数が同じか又は同程度の導体材料(Ni等)を用いる。
多孔質導体層13F及び導体部16Fには、このような組合せの導体材料を用いることができる。
多孔質導体層13Fは、上記第1及び第2の実施の形態で述べた多孔質導体層13や、上記第3の実施の形態で述べた多孔質導体層13Bの形成に採用されるような方法を用いて、形成することができる。
導体部16Fは、上記第2の実施の形態で述べた導体部16Aや、上記第3の実施の形態で述べた導体部16Bの形成に採用されるような方法を用いて、形成することができる。
電子装置10Fの形成では、まず、基板11上に、所定の方法を用いて多孔質導体層13Fを形成する。多孔質導体層13Fの形成後、上記図11及び図12の例に従い、絶縁層14を形成する。この絶縁層14の形成時に、基板11上に形成(塗布)された絶縁材料14bが、毛細管現象によって多孔質導体層13Fの細孔13a内に浸入する。そして、多孔質導体層13Fの中央部X1の表面及び細孔13a内の絶縁材料14bが除去され、開口部14aを有する絶縁層14が形成される。絶縁層14の形成後、上記図14〜図17の例に従い、その開口部14aから露出する多孔質導体層13Fの中央部X1の細孔13a内に、導体部16Fを形成する。例えばこのような方法により、図22に示すような電子装置10Fが形成される。
第7の実施の形態に係る電子装置10Fでは、絶縁層14の剥離が、その下地の多孔質導体層13Fの細孔13a内に一部が浸入することによるアンカー効果により、効果的に抑制される。これにより、絶縁層14の密着性に優れる電子装置10Fが実現される。
更に、電子装置10Fでは、多孔質導体層13F及びその細孔13a内の導体部16Fのうち、一方にバリア性を示す導体材料を用いると、他の電子装置との接合に用いられる半田の過剰な合金化を抑えつつ、一定接合強度の半田接合部の形成が可能になる。また、直径20μm以下といった比較的微細な開口部14a内にも、バリア性を示す導体材料を設けることができる。
以上説明した第1〜第7の実施の形態に係る電子装置10,10A,10B,10C,10D,10E,10F等は、前述のように、半田を用いて他の電子装置と接合することができる。以下、このような半田接合に用いられる電子装置の一例、及び半田接合された電子装置の一例を、それぞれ第8及び第9の実施の形態として説明する。
まず、第8の実施の形態について説明する。
図23は第8の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図23には、第8の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
ここでは、上記第2の実施の形態で述べた電子装置10A(図14)を例にして説明する。図23に示すように、電子装置10Aの、絶縁層14の開口部14aから露出する、多孔質導体層13の中央部X1に、他の電子装置との接合に用いられる半田40が設けられる。
半田40には、例えば、スズ(Sn)、又はSnを主体とするものが用いられる。Snを主体とする半田には、例えば、Ag、Cu、インジウム(In)若しくはビスマス(Bi)等の成分が含有され得る。半田40には、鉛(Pb)を含有しない鉛フリー半田を用いることが好ましい。
半田40は、絶縁層14の開口部14aから露出する多孔質導体層13の中央部X1に、半田ペーストや半田ボール等を設け、所定の温度で加熱処理(リフロー)することで、形成される。
この加熱処理の際、電子装置10Aでは、絶縁層14の剥離が、その下地の多孔質導体層13の細孔13a内に一部が浸入することによるアンカー効果により、効果的に抑制される。また、加熱処理の際、半田40は、多孔質導体層13の中央部X1の細孔13a内に設けられた導体部16Aと合金を形成する。これにより、半田40は、一定の接合強度で多孔質導体層13上に接合される。加熱処理の際には、多孔質導体層13がバリア機能を発揮し、半田40と電極層12との間の、互いの成分の拡散が抑制される。導体部16Aの存在も、そのような相互拡散の抑制に寄与する。半田40と電極層12との反応(合金化)が抑制されることで、電極層12の劣化、電極層12の下地導体部の劣化等が抑制される。
ここでは、上記第2の実施の形態で述べた電子装置10Aを例にした。このほか、上記第1及び第3〜第7の実施の形態で述べた他の電子装置10,10B,10C,10D,10E,10F等についても同様に、絶縁層14の開口部14aから露出する部位に、半田40を設けることが可能である。
次に、第9の実施の形態について説明する。
図24は第9の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図24には、第9の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
ここでは、上記第2の実施の形態で述べた電子装置10A(図14)を例にして説明する。図24に示すように、電子装置10Aが、それに対向して配置される電子装置50と、半田40を用いて接合される。半田40は、電子装置10Aの、絶縁層14の開口部14aから露出する多孔質導体層13及び導体部16Aに接合されると共に、電子装置50に設けられた端子51に接合される。これにより、電子装置10Aと電子装置50とが、半田40を通じて電気的に接続される。
図24に示すような電子装置10Aと電子装置50との接合体(電子装置)の形成は、例えば、次のようにして行うことができる。即ち、予め上記図23に示すように半田40を設けた電子装置10Aと、端子51を設けた電子装置50とを対向させ、電子装置10A側に設けた半田40と、電子装置50側の端子51とを接触させて、所定の温度で加熱処理する。或いは、上記図14に示すような電子装置10Aと、予め端子51上に半田40を設けた電子装置50とを対向させ、電子装置10A側の多孔質導体層13(導体部16A)と、電子装置50側の半田40とを接触させて、所定の温度で加熱処理する。このような方法により、図24に示すような電子装置10Aと電子装置50との接合体を形成することができる。
この接合体形成時の加熱処理の際、電子装置10Aでは、絶縁層14の剥離が、その下地の多孔質導体層13の細孔13a内に一部が浸入することによるアンカー効果により、効果的に抑制される。また、加熱処理の際、半田40は、導体部16Aとの合金形成により、一定接合強度で多孔質導体層13上に接合される。多孔質導体層13は、バリア機能を有し、半田40と電極層12との反応、それによる電極層12の劣化、電極層12の下地導体部の劣化等が抑制される。
ここでは、上記第2の実施の形態で述べた電子装置10Aと、上記のような構成を有する電子装置50とを、半田40を用いて接合する場合を例示した。このほか、上記第1及び第3〜第7の実施の形態で述べた他の電子装置10,10B,10C,10D,10E,10F等も同様に、半田40を用いて電子装置50と接合することが可能である。
また、上記第1〜第7の実施の形態で述べた電子装置10,10A,10B,10C,10D,10E,10F等のうちの同種又は異種の2つの電子装置同士を、半田40を用いて接合することも可能である。
以上説明した電子装置10,10A,10B,10C,10D,10E,10F等には、半導体チップ、半導体パッケージ、擬似SoC(System on a Chip)等の半導体装置、或いは回路基板を用いることができる。半導体装置、回路基板の構成例について、以下の図25〜図28を参照して説明する。
図25は半導体チップの構成例を示す図である。図25(A)及び図25(B)にはそれぞれ、半導体チップの一例の要部断面を模式的に図示している。
図25(A)に示す半導体チップ60Aは、トランジスタ等の素子が設けられた半導体基板61と、半導体基板61上に設けられた配線層62とを有する。
半導体基板61には、Si、ゲルマニウム(Ge)、シリコンゲルマニウム(SiGe)等の基板のほか、ガリウムヒ素(GaAs)、インジウムリン(InP)等の基板が用いられる。このような半導体基板61に、トランジスタ、容量、抵抗等の素子が設けられる。図25(A)には素子の一例として、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ63を図示している。
MOSトランジスタ63は、半導体基板61に設けられた素子分離領域61aにより画定された素子領域に設けられる。MOSトランジスタ63は、半導体基板61上にゲート絶縁膜63aを介して形成されたゲート電極63bと、ゲート電極63bの両側の半導体基板61内に形成されたソース領域63c及びドレイン領域63dとを有する。ゲート電極63bの側壁には、絶縁膜のスペーサ63e(サイドウォール)が設けられる。
このようなMOSトランジスタ63等が設けられた半導体基板61上に、配線層62が設けられる。配線層62は、半導体基板61に設けられたMOSトランジスタ63等に電気的に接続された導体部62a(配線及びビア)と、導体部62aを覆う絶縁部62bとを有する。図25(A)には一例として、MOSトランジスタ63のソース領域63c及びドレイン領域63dに電気的に接続された導体部62aを図示している。導体部62aには、Cu等の各種導体材料が用いられる。絶縁部62bには、酸化シリコン等の無機絶縁材料や、樹脂等の有機絶縁材料が用いられる。
半導体チップ60Aでは、配線層62上に、例えば、上記第1〜第6の実施の形態で述べたような構成を有する電極層64、多孔質導体層65(細孔内の導体部を含み得る)、及び多孔質導体層65に通じる開口部66aを有する絶縁層66が設けられる。電極層64は、配線層62の導体部62aに電気的に接続される。或いは、ここでは図示を省略するが、半導体チップ60Aの配線層62上には、上記第7の実施の形態で述べたような構成を有する多孔質導体層が、配線層62の導体部62aに電気的に接続されて設けられる。
また、図25(B)に示す半導体チップ60Bは、半導体基板61と、半導体基板61上に設けられた配線層62と、半導体基板61を貫通するビア67とを有する。ビア67は、TSV(Through Silicon Via)等とも称される。ここでは一例として、ビア67が配線層62も貫通する場合を図示している。
半導体チップ60Bでは、配線層62及び半導体基板61の、ビア67に対応する位置に、上記第1〜第6の実施の形態で述べたような構成を有する電極層64、多孔質導体層65(細孔内の導体部を含み得る)、及び開口部66aを有する絶縁層66が設けられる。或いは、ここでは図示を省略するが、上記第7の実施の形態で述べたような構成を有する多孔質導体層が設けられる。
図26は半導体パッケージの構成例を示す図である。図26(A)及び図26(B)にはそれぞれ、半導体パッケージの一例の要部断面を模式的に図示している。
図26(A)に示す半導体パッケージ70Aは、パッケージ基板71と、パッケージ基板71上に搭載された半導体チップ72と、半導体チップ72を封止する封止層73とを有する。
パッケージ基板71には、例えば、プリント基板が用いられる。パッケージ基板71は、導体部71a(配線及びビア)と、導体部71aを覆う絶縁部71bとを有する。導体部71aには、Cu等の各種導体材料が用いられる。絶縁部71bには、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料、そのような樹脂材料をガラス繊維や炭素繊維に含浸した複合樹脂材料等が用いられる。
このようなパッケージ基板71上に、半導体チップ72が、樹脂や導電性ペースト等のダイアタッチ材74で接着、固定され、ワイヤ75でパッケージ基板71に電気的に接続(ワイヤボンディング)される。パッケージ基板71上の半導体チップ72及びワイヤ75は、封止層73で封止される。封止層73には、エポキシ樹脂等の樹脂材料、そのような樹脂材料に絶縁性フィラーを含有させた材料等が用いられる。
半導体パッケージ70Aでは、パッケージ基板71上に、例えば、上記第1〜第6の実施の形態で述べたような構成を有する電極層76、多孔質導体層77(細孔内の導体部を含み得る)、及び開口部78aを有する絶縁層78が設けられる。電極層76は、パッケージ基板71の導体部71aに電気的に接続される。或いは、ここでは図示を省略するが、半導体パッケージ70Aのパッケージ基板71上には、上記第7の実施の形態で述べたような構成を有する多孔質導体層が、パッケージ基板71の導体部71aに電気的に接続されて設けられる。
また、図26(B)に示す半導体パッケージ70Bは、パッケージ基板71と、パッケージ基板71上に搭載された半導体チップ72と、半導体チップ72を覆う封止層73とを有する。
半導体チップ72は、それに設けられた半田72a(バンプ)でパッケージ基板71に電気的に接続(フリップチップボンディング)される。パッケージ基板71と半導体チップ72との間には、アンダーフィル材79が充填される。パッケージ基板71上の半導体チップ72は、封止層73で封止される。封止層73には、エポキシ樹脂等の樹脂材料、そのような樹脂材料に絶縁性フィラーを含有させた材料等が用いられる。
半導体パッケージ70Bにおいても、パッケージ基板71上に、例えば、上記第1〜第6の実施の形態で述べたような構成を有する電極層76、多孔質導体層77(細孔内の導体部を含み得る)、及び開口部78aを有する絶縁層78が設けられる。電極層76は、パッケージ基板71の導体部71aに電気的に接続される。或いは、ここでは図示を省略するが、半導体パッケージ70Bのパッケージ基板71上には、上記第7の実施の形態で述べたような構成を有する多孔質導体層が、パッケージ基板71の導体部71aに電気的に接続されて設けられる。
尚、半導体パッケージ70A及び半導体パッケージ70Bのパッケージ基板71上には、同種又は異種の複数の半導体チップ72が搭載されてもよく、また、半導体チップ72のほか、チップコンデンサ等の他の電子部品が搭載されてもよい。
図27は半導体パッケージの別の構成例を示す図である。図27(A)及び図27(B)にはそれぞれ、半導体パッケージの別例の要部断面を模式的に図示している。
図27(A)に示す半導体パッケージ80Aは、樹脂層81と、樹脂層81に埋設された同種又は異種の複数(ここでは一例として2つ)の半導体チップ82と、樹脂層81上に設けられた配線層83(再配線層)とを有する。半導体パッケージ80Aは、擬似SoC等とも称される。
半導体チップ82は、その端子82aの配設面が露出するように樹脂層81に埋設される。配線層83は、Cu等の導体部83a(再配線及びビア)と、導体部83aを覆う樹脂材料等の絶縁部83bとを有する。
半導体パッケージ80Aでは、配線層83上に、例えば、上記第1〜第6の実施の形態で述べたような構成を有する電極層84、多孔質導体層85(細孔内の導体部を含み得る)、及び開口部86aを有する絶縁層86が設けられる。電極層84は、配線層83の導体部83aに電気的に接続される。或いは、ここでは図示を省略するが、配線層83上には、上記第7の実施の形態で述べたような構成を有する多孔質導体層が、配線層83の導体部83aに電気的に接続されて設けられる。
また、図27(B)に示す半導体パッケージ80Bは、上記半導体パッケージ80Aで述べたような構成のほか、樹脂層81を貫通するビア87を設けた形態の一例である。半導体パッケージ80Bでは、樹脂層81上のビア87に対応する位置にも、上記第1〜第6の実施の形態で述べたような構成を有する電極層84、多孔質導体層85(細孔内の導体部を含み得る)、及び開口部86aを有する絶縁層86が設けられる。或いは、ここでは図示を省略するが、上記第7の実施の形態で述べたような構成を有する多孔質導体層が設けられる。
尚、半導体パッケージ80A及び半導体パッケージ80Bの樹脂層81には、1つの半導体チップ82、或いは同種又は異種の3つ以上の半導体チップ82が埋設されてもよく、また、半導体チップ82のほか、チップコンデンサ等の他の電子部品が埋設されてもよい。
図28は回路基板の構成例を示す図である。図28(A)及び図28(B)にはそれぞれ、回路基板の一例の要部断面を模式的に図示している。
図28(A)には、回路基板90Aとして、複数の配線層を含む多層プリント基板を例示している。回路基板90Aは、上記図7(A)及び図7(B)に示したパッケージ基板71と同様に、Cu等の導体部91a(配線及びビア)と、導体部91aを覆う樹脂材料等の絶縁部91bとを有する。
このような回路基板90A上に、例えば、上記第1〜第6の実施の形態で述べたような構成を有する電極層92、多孔質導体層93(細孔内の導体部を含み得る)、及び開口部94aを有する絶縁層94が設けられる。電極層92は、導体部91aに電気的に接続される。或いは、ここでは図示を省略するが、回路基板90A上には、上記第7の実施の形態で述べたような構成を有する多孔質導体層が、導体部91aに電気的に接続されて設けられる。
図28(B)には、回路基板90Bとして、ビルドアップ工法を用いて形成されるビルドアップ基板を例示している。回路基板90Bは、コア基板95と、コア基板95上に設けられた絶縁層96と、絶縁層96を介して設けられた導体パターン97と、導体パターン97に接続されたビア98とを有する。コア基板95には、セラミックス材料や有機材料等が用いられる。絶縁層96には、プリプレグ等の絶縁材料が用いられる。導体パターン97及びビア98には、Cu等の導体材料が用いられる。
このような回路基板90B上に、例えば、上記第1〜第6の実施の形態で述べたような構成を有する電極層92、多孔質導体層93(細孔内の導体部を含み得る)、及び開口部94aを有する絶縁層94が設けられる。電極層92は、導体パターン97及びビア98に電気的に接続される。或いは、ここでは図示を省略するが、回路基板90B上には、上記第7の実施の形態で述べたような構成を有する多孔質導体層が、導体パターン97及びビア98に電気的に接続されて設けられる。
図25に示す半導体チップ60A,60B、図26及び図27に示す半導体パッケージ70A,70B,80A,80B、図28に示す回路基板90A,90B等を、上記第1〜第7の実施の形態で述べた電子装置10,10A,10B,10C,10D,10E,10F等に採用することができる。
以下に実施例を示す。
〔実施例1〕
直径150mmのSiウエハを用いた基板上に、スパッタ装置を用いて、厚さ100nmのTi膜及び厚さ200nmのCu膜(シード層)を形成した。その上に、フォトレジストを厚さ10μmで塗布し、露光装置を用いて、直径100μm、ピッチ120μmのパターンをアレイ状に露光した。この時の露光量は240mJ/cm2であった。現像によりフォトレジストの開口パターン(開口部)を形成した後、光沢Cuめっき液を用いて電解めっきを行い、厚さ4μmのCu層を形成した。電解めっき後、フォトレジストを除去し、Cuエッチング液とTiエッチング液に浸漬して、フォトレジストの除去後に露出するCu膜とTi膜をエッチングし、Cuランド(電極層)を形成した。
Cuランド形成後、基板を、平均粒径0.2μmのPTFE粒子を含有する、浴温85℃の無電解Ni−Pめっき液に浸漬し、Cuランド表面に、平均細孔径0.2μmの多孔質Ni−7%P層(多孔質導体層)を厚さ3μmで形成した。最表層の平均細孔径は4μmであった。
多孔質Ni−7%P層を形成した基板上に、PBO系の樹脂材料(絶縁材料)を厚さ5μmで塗布し、Cuランドに合わせて直径20μm、ピッチ120μmの開口部を、露光装置を用いた露光及びその後の現像により形成し、開口部を有する樹脂層(絶縁層)を得た。この時の露光量は300mJ/cm2であった。
この樹脂層形成後の断面SIM像が、先に示した図13(A)及び図13(B)であり、樹脂材料が毛細管現象によって多孔質Ni−7%P層の最底部の細孔まで浸入し、多孔質Ni−7%P層(多孔質導体層13)内に樹脂層(絶縁層14)の一部が形成された構造が得られている。この構造に対し、250℃のリフローを3回行った後の断面SIM像が、先に示した図13(C)であり、多孔質Ni−7%P層からの樹脂層の剥離は発生していない。樹脂層と多孔質Ni−7%P層との間にアンカー効果が発現することにより、比較的脆弱とされる樹脂とNiの組み合わせであっても、高い密着性が得られることが確認された。
開口部を有する樹脂層の形成後、更に基板を無電解Cuめっき液に浸漬し、開口部の多孔質Ni−7%P層の細孔内に、厚さ3μm分、Cuを浸入させ、多孔質Ni−7%P層とCu(導体部)とを一体化させたバリア層を形成した。大きな表面積を有する多孔質Ni−7%P層の細孔内に、毛細管現象によって無電解Cuめっき液が浸入し、無電解めっきに必要な核が形成され、直径20μmの比較的微細な開口部から露出する多孔質Ni−7%P層の細孔内にCuを形成することができた。
〔実施例2〕
直径150mmのSiウエハを用いた基板上に、スパッタ装置を用いて、厚さ100nmのTi膜及び厚さ200nmのCu膜(シード層)を形成した。その上に、フォトレジストを厚さ10μmで塗布し、露光装置を用いて、直径100μm、ピッチ120μmのパターンをアレイ状に露光した。この時の露光量は240mJ/cm2であった。現像によりフォトレジストの開口パターン(開口部)を形成した後、光沢Cuめっき液を用いて電解めっきを行い、厚さ4μmのCu層を形成した。電解めっき後、フォトレジストを除去し、Cuエッチング液とTiエッチング液に浸漬して、フォトレジストの除去後に露出するCu膜とTi膜をエッチングし、Cuランド(電極層)を形成した。
Cuランド形成後、基板を、平均粒径0.2μmのPTFE粒子を含有する、浴温85℃の無電解Ni−Pめっき液に浸漬し、Cuランド表面に、平均細孔径0.2μmの多孔質Ni−7%P層(多孔質導体層)を厚さ3μmで形成した。最表層の平均細孔径は2μmであった。
多孔質Ni−7%P層を形成した基板上に、PI系の樹脂材料(絶縁材料)を厚さ5μmで塗布し、Cuランドに合わせて直径20μm、ピッチ120μmの開口部を、露光装置を用いた露光及びその後の現像により形成し、開口部を有する樹脂層(絶縁層)を得た。この時の露光量は300mJ/cm2であった。
樹脂材料が毛細管現象によって多孔質Ni−7%P層の最底部の細孔まで浸入し、多孔質Ni−7%P層内に樹脂層の一部が形成された構造が得られた。この構造に対し、250℃のリフローを3回行っても、多孔質Ni−7%P層からの樹脂層の剥離は発生しなかった。樹脂層と多孔質Ni−7%P層との間に、アンカー効果により、高い密着性が得られることが確認された。
開口部を有する樹脂層の形成後、更に基板を無電解Cuめっき液に浸漬し、開口部の多孔質Ni−7%P層の細孔内に、厚さ2.9μm分、Cuを浸入させ、更に無電解Auめっき液に浸漬し、残る厚さ0.1μm分のCu未形成部位に、Auを浸入させた。これにより、多孔質Ni−7%P層とCu(第1導体部)及びAu(第2導体部)とを一体化させたバリア層を形成した。直径20μmの比較的微細な開口部から露出する多孔質Ni−7%P層の細孔内にCu及びAuを形成することができた。
〔実施例3〕
直径150mmのSiウエハを用いた基板上に、スパッタ装置を用いて、厚さ100nmのTi膜及び厚さ200nmのCu膜(シード層)を形成した。その上に、フォトレジストを厚さ10μmで塗布し、露光装置を用いて、直径30μm、ピッチ40μmのパターンをアレイ状に露光した。この時の露光量は240mJ/cm2であった。現像によりフォトレジストの開口パターン(開口部)を形成した後、光沢Cuめっき液を用いて電解めっきを行い、厚さ4μmのCu層を形成した。電解めっき後、フォトレジストを除去し、Cuエッチング液とTiエッチング液に浸漬して、フォトレジストの除去後に露出するCu膜とTi膜をエッチングし、Cuランド(電極層)を形成した。
Cuランド形成後、基板を、平均粒径0.2μmのPTFE粒子を含有する、浴温85℃の無電解Ni−Pめっき液に浸漬し、Cuランド表面に、平均細孔径0.2μmの多孔質Ni−7%P層(多孔質導体層)を厚さ3.5μmで形成した。
多孔質Ni−7%P層を形成した基板上に、PI系の樹脂材料(絶縁材料)を厚さ3μmで塗布し、Cuランドに合わせて直径20μm、ピッチ40μmの開口部を、露光装置を用いた露光及びその後の現像により形成し、開口部を有する樹脂層(絶縁層)を得た。
開口部を有する樹脂層の形成後、更に基板を無電解Ni−Bめっき液に浸漬し、開口部の多孔質Ni−7%P層の細孔内に、厚さ3.5μm分、無電解Ni−1%Bを浸入させ、多孔質Ni−7%P層とNi−1%B(導体部)とを一体化させたバリア層を形成した。直径20μmの比較的微細な開口部から露出する多孔質Ni−7%P層の細孔内にNi−1%Bを形成することができた。
〔実施例4〕
直径150mmのSiウエハを用いた基板上に、スパッタ装置を用いて、厚さ100nmのTi膜及び厚さ500nmのCu膜(シード層)を形成した。その上に、フォトレジストを厚さ10μmで塗布し、露光装置を用いて、直径25μm、ピッチ30μmのパターンをアレイ状に露光した。この時の露光量は240mJ/cm2であった。現像によりフォトレジストの開口パターン(開口部)を形成した後、無光沢Cuめっき液を用いて電解めっきを行い、厚さ3μmのCu層を形成した。電解めっき後、フォトレジストを除去し、Cuエッチング液とTiエッチング液に浸漬して、フォトレジストの除去後に露出するCu膜とTi膜をエッチングし、Cuランド(電極層)を形成した。
Cuランド形成後、基板を、ポリアセチレングリコール系の添加剤を含有させた無電解Cuめっき液に浸漬し、Cuランド表面に、平均細孔径0.5μmの多孔質Cu層(多孔質導体層)を厚さ3μmで形成した。
多孔質Cu層を形成した基板上に、PI系の樹脂材料(絶縁材料)を厚さ5μmで塗布し、Cuランドに合わせて直径15μm、ピッチ30μmの開口部を、露光装置を用いた露光及びその後の現像により形成し、開口部を有する樹脂層(絶縁層)を得た。
開口部を有する樹脂層の形成後、更に基板を無電解Ni−Pめっき液に浸漬し、開口部の多孔質Cu層の細孔内に、厚さ3.4μm分、無電解Ni−9%Pを浸入させ、更に無電解Auめっき液に浸漬し、残る厚さ0.1μm分、Auを浸入させた。これにより、多孔質Cu層とNi−9%P(第1導体部)及びAu(第2導体部)とを一体化させたバリア層を形成した。直径15μmの比較的微細な開口部から露出する多孔質Cu層の細孔内にNi−9%P及びAuを形成することができた。
〔実施例5〕
直径150mmのSiウエハを用いた基板上に、スパッタ装置を用いて、厚さ100nmのTi膜及び厚さ200nmのCu膜(シード層)を形成した。その上に、フォトレジストを厚さ10μmで塗布し、露光装置を用いて、直径30μm、ピッチ40μmのパターンをアレイ状に露光した。この時の露光量は240mJ/cm2であった。現像によりフォトレジストの開口パターン(開口部)を形成した後、光沢Cuめっき液を用いて電解めっきを行い、厚さ4μmのCu層を形成した。電解めっき後、フォトレジストを除去し、Cuエッチング液とTiエッチング液に浸漬して、フォトレジストの除去後に露出するCu膜とTi膜をエッチングし、Cuランド(電極層)を形成した。
Cuランド形成後、Cuランドに合わせて平均粒径0.1μmのAg粒子を含有するAgペーストを塗布し、200℃、30分の条件で加熱し、Cuランド表面に、厚さ3μm、平均細孔径0.1μmの多孔質Ag焼結体(多孔質導体層)を形成した。
多孔質Ag焼結体を形成した基板上に、PI系の樹脂材料(絶縁材料)を厚さ4μmで塗布し、Cuランドに合わせて直径20μm、ピッチ40μmの開口部を、露光装置を用いた露光及びその後の現像により形成し、開口部を有する樹脂層(絶縁層)を得た。
開口部を有する樹脂層の形成後、基板を無電解Ni−Bめっき液に浸漬し、開口部の多孔質Ag焼結体の細孔内に、厚さ3μm分、無電解Ni−3%Bを浸入させ、多孔質Ag焼結体とNi−3%B(導体部)とを一体化させたバリア層を形成した。直径20μmの比較的微細な開口部から露出する多孔質Ag焼結体の細孔内にNi−3%Bを形成することができた。
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) 第1基板と、
前記第1基板の上方に設けられた多孔質の第1導体と、
前記第1導体の第1部位の表面及び細孔内に設けられ、前記第1導体の第2部位に通じる開口部を有する絶縁体と
を含むことを特徴とする電子装置。
(付記2) 前記絶縁体は、樹脂を含むことを特徴とする付記1に記載の電子装置。
(付記3) 前記第2部位の細孔内に設けられた第2導体を更に含むことを特徴とする付記1又は2に記載の電子装置。
(付記4) 前記第1導体と前記第2導体とは、半田に対する拡散係数が異なることを特徴とする付記3に記載の電子装置。
(付記5) 前記第1基板と前記第1導体との間に介在された第4導体を更に含むことを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の電子装置。
(付記6) 前記第1導体は、内部よりも表層部の平均細孔径が大きい細孔分布を有することを特徴とする付記1乃至5のいずれかに記載の電子装置。
(付記7) 前記開口部に設けられ、前記第1導体に電気的に接続された半田を更に含むことを特徴とする付記1乃至6のいずれかに記載の電子装置。
(付記8) 前記第1基板と対向し、前記半田を用いて前記第1導体に電気的に接続された第2基板を更に含むことを特徴とする付記7に記載の電子装置。
(付記9) 第1基板の上方に設けられる多孔質の第1導体を形成する工程と、
前記第1導体の第1部位の表面及び細孔内に設けられ、前記第1導体の第2部位に通じる開口部を有する絶縁体を形成する工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
(付記10) 前記絶縁体を形成する工程は、
前記第1部位の表面及び細孔内並びに前記第2部位の表面及び細孔内に、前記絶縁体の材料を形成する工程と、
前記第2部位の表面及び細孔内に形成された前記材料を除去する工程と
を含むことを特徴とする付記9に記載の電子装置の製造方法。
(付記11) 前記第2部位の細孔内に第2導体を形成する工程を更に含むことを特徴とする付記9又は10に記載の電子装置の製造方法。
(付記12) 前記第1導体を形成する工程は、
前記第1基板を、前記第1導体の成分、及び樹脂粒子を含有するめっき液に浸漬し、無電解めっきにより、前記第1基板の上方に、前記樹脂粒子を含有する前記成分のめっき層を形成する工程と、
前記めっき層内の前記樹脂粒子を除去する工程と
を含むことを特徴とする付記9乃至11のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
(付記13) 前記第1導体を形成する工程は、
前記第1基板の上方に、第1導体部を形成する工程と、
前記第1導体部上に、前記第1導体部よりも大きい平均細孔径を有する多孔質の第2導体部を形成する工程と
を含むことを特徴とする付記9乃至12のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
(付記14) 前記開口部に、前記第1導体に電気的に接続される半田を形成する工程を更に含むことを特徴とする付記9乃至13のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
(付記15) 第2基板を、前記第1基板と対向させ、前記半田を用いて前記第1導体に電気的に接続する工程を更に含むことを特徴とする付記14に記載の電子装置の製造方法。
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F,50,100,110,120 電子装置
11,101 基板
12,64,76,84,92,102 電極層
12a,104 シード層
13,13B,13C,13F,65,77,85,93 多孔質導体層
13a 細孔
13b めっき層下層部
13c めっき層中層部
13d めっき層上層部
13e 多孔質部
13f 非多孔質部
14,66,78,86,94,96,103 絶縁層
14a,15a,66a,78a,86a,94a,103a,105a 開口部
14b 絶縁材料
15,105 フォトレジスト
16A,16B,16F,62a,71a,83a,91a 導体部
16Aa 第1導体部
16Ab 第2導体部
20 ホルダ
30 めっき槽
31,33 めっき液
32 樹脂粒子
40,72a 半田
51,82a 端子
60A,60B,72,82 半導体チップ
61 半導体基板
61a 素子分離領域
62,83 配線層
62b,71b,83b,91b 絶縁部
63 MOSトランジスタ
63a ゲート絶縁膜
63b ゲート電極
63c ソース領域
63d ドレイン領域
63e スペーサ
67,87,98 ビア
70A,70B,80A,80B 半導体パッケージ
71 パッケージ基板
73 封止層
74 ダイアタッチ材
75 ワイヤ
79 アンダーフィル材
81 樹脂層
90A,90B 回路基板
95 コア基板
97 導体パターン
106 バリア層
107 表面処理層
X1 中央部
X2 端部

Claims (10)

  1. 第1絶縁部を有する第1基板と、
    前記第1絶縁部の上方に設けられた多孔質の第1導体と、
    前記第1導体の第1部位の表面及び細孔内に設けられ、前記第1導体の第2部位に通じる開口部を有する絶縁体と
    を含むことを特徴とする電子装置。
  2. 前記絶縁体は、樹脂を含むことを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
  3. 前記第2部位の細孔内に設けられた第2導体を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子装置。
  4. 前記第1導体と前記第2導体とは、半田に対する拡散係数が異なることを特徴とする請求項3に記載の電子装置。
  5. 前記開口部に設けられ、前記第1導体に電気的に接続された半田を更に含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電子装置。
  6. 前記第1基板と対向し、前記半田を用いて前記第1導体に電気的に接続された第2基板を更に含むことを特徴とする請求項5に記載の電子装置。
  7. 第1基板の上方に設けられる多孔質の第1導体を形成する工程と、
    前記第1導体の第1部位の表面及び細孔内に設けられ、前記第1導体の第2部位に通じる開口部を有する絶縁体を形成する工程と
    を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
  8. 前記絶縁体を形成する工程は、
    前記第1部位の表面及び細孔内並びに前記第2部位の表面及び細孔内に、前記絶縁体の材料を形成する工程と、
    前記第2部位の表面及び細孔内に形成された前記材料を除去する工程と
    を含むことを特徴とする請求項7に記載の電子装置の製造方法。
  9. 前記第2部位の細孔内に第2導体を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項7又は8に記載の電子装置の製造方法。
  10. 前記第1導体を形成する工程は、
    前記第1基板を、前記第1導体の成分、及び樹脂粒子を含有するめっき液に浸漬し、無電解めっきにより、前記第1基板の上方に、前記樹脂粒子を含有する前記成分のめっき層を形成する工程と、
    前記めっき層内の前記樹脂粒子を除去する工程と
    を含むことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
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