JP7069711B2

JP7069711B2 - 配線基板、および配線基板を有する半導体装置

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Publication number: JP7069711B2
Application number: JP2017251556A
Authority: JP
Inventors: 寛工藤
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP2019117875A

Description

本開示は、インターポーザとして利用可能な配線基板、配線基板を有する半導体装置、ならびにこれらの作製方法に関する。

シリコンなどの半導体基板を用いて作製された半導体チップは、ほぼすべての電子機器に搭載され、電子機器に様々な機能を提供している。半導体チップには、動作に必要な電源や信号を入力するための端子が設けられ、メイン基板上に実装される。この時、半導体チップとメイン基板の間に配線基板（以下、インターポーザとも記す）が設けられる。インターポーザは、基板と複数の配線を基本構成として有しており、配線は様々な態様で基板に設けられる。例えば基板を貫通するように形成される貫通配線として、あるいは基板上に設けられる絶縁膜中に埋め込まれ、複数の配線層を形成するように配置される多層配線として設けられる。このような配線を介し、半導体チップの端子とメイン基板上の配線が電気的に接続される。例えば特許文献１には、銅を含む複数の配線が絶縁膜を介して積層された多層配線を有するインターポーザとその作製方法が開示されている。

国際公開第２０１４／０６９６６２号明細書

本開示の課題の一つは、インターポーザとして利用可能な配線基板とその作製方法を提供することである。例えば本開示の課題の一つは、高速通信において利用されるような、高い動作周波数が要求される半導体装置にも適用可能な配線基板、配線基板を有する半導体装置、およびこれらの作製方法を提供することである。

本開示の実施形態の一つは、配線基板である。この配線基板は、有機化合物を含むベースフィルム、ベースフィルム上に位置し、銅を含む第１の配線、および第１の配線の上に位置し、第１の配線と接する第１の保護膜を有する。第１の保護膜は、窒化ケイ素を含む第１の無機化合物層、第１の無機化合物層の上に位置し、第１の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む第２の無機化合物層、および第２の無機化合物層の上に位置し、第２の無機化合物層と接し、窒化ケイ素を含む第３の無機化合物層を含む。

本開示の実施形態の一つは、配線基板である。この配線基板は、第１の面と第１の面に対向する第２の面を有する基板、基板上のベースフィルム、第１の面の上に位置し、ベースフィルムに埋め込まれ、銅を含む第１の配線、第１の配線の上に位置し、第１の配線と接する第１の保護膜、第１の保護膜の上の第２の配線、および第２の配線上の第２の保護膜を有する。第１の保護膜は、窒化ケイ素を含む第１の無機化合物層、および第１の無機化合物層の上に位置し、第１の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む第２の無機化合物層を有する。第２の保護膜は、窒化ケイ素を含む第１の無機化合物層、第１の無機化合物層の上に位置し、第１の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む第２の無機化合物層、および第２の無機化合物層の上に位置し、第２の無機化合物層と接し、窒化ケイ素を含む第３の無機化合物層を有する。

実施形態の一つに係る配線基板の模式的断面図。実施形態の一つに係る配線基板の配線の模式的上面図。実施形態の一つに係る配線基板の配線の模式的上面図。実施形態の一つに係る配線基板の模式的断面図。実施形態の一つに係る配線基板の模式的断面図。実施形態の一つに係る配線基板の模式的断面図。実施形態の一つに係る配線基板の模式的断面図。実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す模式的断面図。実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す模式的断面図。実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す模式的断面図。実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す模式的断面図。実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す模式的断面図。実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す模式的断面図。実施形態の一つに係る半導体層子の模式的断面図。実施形態の一つに係る半導体層子の模式的断面図。実施形態の一つに係る半導体層子の模式的断面図。

以下、本開示の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本開示は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省くことがある。

本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

本明細書および請求項において、「ある構造体が他の構造体から露出するという」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。

（第１実施形態）
１．基本構造
本開示の実施形態の一つに係る配線基板１００を図１（Ａ）、図１（Ｂ）の断面模式図を用いて説明する。図１（Ａ）に示すように、配線基板１００は、ベースフィルム１０２、ベースフィルム１０２上の第１の配線１０４、および第１の配線１０４の上に位置し、第１の配線１０４と接する第１の保護膜１０８を有する。

ベースフィルム１０２は有機化合物を含む。用いられる有機化合物は誘電率と誘電正接が低いことが好ましく、例えば誘電率が２．０以上４．０以下であり、誘電正接が１×１０^-4以上１×１０^-2以下、あるいは１×１０^-3以上１×１０^-2以下の有機化合物をベースフィルム１０２として使用することができる。このような有機化合物は典型的にはポリイミドを基本骨格とする高分子（以下、単にポリイミドと記す）であり、ポリイミドは鎖状でも良く、分子間で架橋していてもよい。ベースフィルム１０２に対し、エポキシ樹脂や酸化ケイ素の微粒子、ガラスファイバーなどを混合してもよい。ベースフィルム１０２は可撓性を有してもよい。

第１の配線１０４は、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、モリブデン、金、銀、鉄、クロムなどの金属やこれらの合金を含むことができ、典型的には銅を含む。第１の配線１０４は、その一部はベースフィルム１０２に設けられる開口内に、一部はベースフィルム１０２の上面の一部を覆うように配置される。第１の配線１０４の、ベースフィルム１０２よりも上の部分の厚さは０．５μｍ以上５０μｍ以下、１μｍ以上２０μｍ以下、あるいは１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。図１（Ａ）、図１（Ｂ）では二つの第１の配線１０４が図示されているが、第１の配線１０４の数に制約はない。

第１の配線１０４の平面形状には制約が無く、要求される機能に基づいて決定される。例えば第１の配線１０４は、図２（Ａ）に示すように、主として一つの方向に延伸するように設けることができる。この場合、第１の配線１０４の幅Ｗは１０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲で選択することができる。あるいは図２（Ｂ）に示すように、第１の配線１０４はメッシュ状の形状を有してもよい。この場合、幅Ｗ（すなわち、メッシュ形状に設けられる隣接する開口間の距離）は５μｍ以上５００μｍ以下の範囲で選択することができる。あるいは図３に示すように、第１の配線１０４は、配線基板１００の平面形状と同一、あるいはほぼ同一の形状を有してもよい。この場合、幅Ｗは１０００μよりも大きく、かつ７ｃｍ以下の範囲から選択される。

図１（Ａ）に示すように、第１の保護膜１０８は、第１の配線１０４の上面や側面、ベースフィルムの上面と接する。また、第１の保護膜１０８は三層構造を有する。具体的には、第１の保護膜１０８は第１の無機化合物層１０８ａ、第１の無機化合物層１０８ａの上に位置し、第１の無機化合物層１０８ａと接する第２の無機化合物層１０８ｂ、および第２の無機化合物層１０８ｂの上に位置し、第２の無機化合物層１０８ｂと接する第３の無機化合物層１０８ｃを有する。

第２の無機化合物層１０８ｂの誘電率は、第１の無機化合物層１０８ａや第２の無機化合物層１０８ｂのそれよりも小さいことが好ましい。より具体的には、第１の無機化合物層１０８ａと第３の無機化合物層１０８ｃは窒化ケイ素、あるいは炭化ケイ素（シリコンカーバイド）を含む。すなわち、第１の無機化合物層１０８ａと第３の無機化合物層１０８ｃは、ケイ素と窒素、あるいはケイ素と炭素を主な構成元素として含む。一方、第２の無機化合物層１０８ｂは酸化ケイ素あるいは酸化窒化ケイ素を含む。すなわち、第２の無機化合物層１０８ｂはケイ素と酸素を構成元素として含み、さらに窒素を含有してもよい。窒素を含む場合、その組成は酸素の組成よりも小さい。これらの第１の無機化合物層１０８ａ、第２の無機化合物層１０８ｂ、第３の無機化合物層１０８ｃは、プラズマ存在下、化学気相堆積（ＣＶＤ）法（プラズマＣＶＤ法）によって形成される。

第１の無機化合物層１０８ａ、第２の無機化合物層１０８ｂ、および第３の無機化合物層１０８ｃの厚さは、任意に決定することができる。例えば、第１の無機化合物層１０８ａの厚さは、第２の無機化合物層１０８ｂや第３の無機化合物層１０８ｃの厚さよりも小さく、例えば０．０５μｍ以上０．２μｍ以下、典型的には０．１μｍとすることができる。第２の無機化合物層１０８ｂの厚さは、第１の無機化合物層１０８ａや第３の無機化合物層１０８ｃの厚さよりも大きく、０．５μｍ以上１０μｍ以下、あるいは１μｍ以上５μｍ以下とすることができる。第３の無機化合物層１０８ｃの厚さは０．２μｍ以上１μｍ以下、あるいは０．３μｍ以上０．７μｍ以下、典型的には０．５μｍとすることができる。すなわち、第１の無機化合物層１０８ａ、第２の無機化合物層１０８ｂ、第３の無機化合物層１０８ｃの厚さをそれぞれＴ₁、Ｔ₂、Ｔ₃とすると、以下の関係が成立するように第１の保護膜１０８を構成してもよい。
Ｔ₁＜Ｔ₃＜Ｔ₂

図１（Ｂ）に示すように、第２の無機化合物層１０８ｂの厚さは、第１の配線１０４の、ベースフィルム１０２よりも上の部分の厚さよりも大きくてもよい。この場合、複数の第１の配線１０４が近接しても、隣接する第１の配線１０４間において、第３の無機化合物層１０８ｃの底面は第１の配線１０４の上面よりも上に位置する。すなわち、断面において第３の無機化合物層１０８ｃは隣接する第１の配線１０４によって挟持されない。このため、誘電率の比較的高い第３の無機化合物層１０８ｃと隣接する第１の配線１０４によって容量（寄生容量）が形成されることを防ぐことができる。また、第１の無機化合物層１０８ａの厚さを第２の無機化合物層１０８ｂの厚さより小さくすることで、第１の無機化合物層１０８ａと隣接する第１の配線１０４によって大きな容量が形成されることも同時に防ぐことができる。その結果、寄生容量の発生とこれに伴う信号伝送速度の低下を防止することができる。

図１（Ａ）や図１（Ｂ）に示すように、第１の保護膜１０８には、第１の配線１０４に達する開口が設けられる。これにより、第１の配線１０４と他の配線、あるいは配線基板１００上に設けられる半導体チップなどとの電気的接続が行われる。

任意の構成として、配線基板１００は第１の保護膜１０８上に第２の保護膜１１０を有してもよい。第２の保護膜１１０も高分子を含むことができ、高分子としてはポリイミドやポリアミド、ポリエステル、ポリカルボナート、ポリシロキサンなどが挙げられる。第２の保護膜１１０に含まれる材料とベースフィルム１０２に含まれる材料は同一でも良い。この場合、不純物濃度の相違に起因し、第２の保護膜１１０の誘電率や誘電正接は、第１の保護膜１０８のそれよりも高くてもよい。

さらに任意の構成として、配線基板１００は第１の配線１０４の下に位置し、第１の配線１０４と電気的に接続される下部配線１１２を有してもよい。下部配線１１２はベースフィルム１０２に覆われる。第１の配線１０４と同様、下部配線１１２も上述した金属、あるいは合金を含み、典型的には銅を含む。下部配線１１２と第１の配線１０４を用いることで半導体チップとメイン基板との電気的接続を行うことができる。

第１の配線１０４の底面や側面、下部配線１１２の底面に接するように、それぞれシード層１０６、１１４を設けてもよい。シード層１０６、１１４はチタン、ニッケル、クロム、銅、金などの金属、あるいはこれらの合金などを含み、典型的には銅を含む。シード層１０６、１１４を形成することで、後述するように第１の配線１０４や下部配線１１２を電解めっき法によって形成することができる。なお、図示していないが、それぞれのシード層１０６、１１４の下に、さらにバリア層を設けてもよい。より具体的には、後述するアンダーコート１１８とシード層１１４の間、および下部配線１１２とシード層１０６の間にバリア層を設けてもよい。バリア層に含まれる材料は、チタンやタンタル、モリブデン、タングステンなどの金属やその合金、あるいはこれらの窒化物から選択され、第１の配線１０４や下部配線１１２に含まれる金属よりも高い融点を有する導電性材料であることが好ましい。バリア層を設けることで、第１の配線１０４や下部配線１１２に含まれる金属がベースフィルム１０２へ拡散することを防ぐことができる。

さらに任意の構成として、配線基板１００は基板１１６をベースフィルム１０２の下に有してもよい。基板１１６に用いられる材料としては、ガラスやシリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、セラミックス、あるいはガラスと樹脂の複合材料などが挙げられる。樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが例示される。基板１１６を設ける場合、基板１１６とベースフィルム１０２の間にはアンダーコート１１８を設けてもよい。アンダーコート１１８は基板１１６から金属イオンなどの不純物がベースフィルム１０２へ拡散することを防止する機能を有する膜であり、例えば酸化ケイ素や窒化ケイ素などのケイ素含有無機化合物を含む。アンダーコート１１８は単層構造を有してもよく、異なる材料を含む複数の膜によって構成されてもい。

高周波素子などの高い動作周波数（例えば１ＧＨｚから１００ＧＨｚ）が要求される半導体装置のインターポーザとして配線基板を用いる場合、信号の伝送損失や遅延を防止するため、配線基板の配線を取り囲む絶縁膜には低い誘電率と誘電正接が求められる。このような性能を満足する材料を用いて絶縁膜（例えば、配線基板１００におけるベースフィルム１０２）を形成した場合でも、配線基板の形成後、外部から水や酸素、金属イオンなどの不純物が絶縁膜に侵入し、絶縁膜の誘電率や誘電正接が徐々に増大する。その結果、信号の伝送損失や遅延が生じ、インターポーザに実装される半導体チップの特性に大きな影響を及ぼす。

一方、本実施形態の配線基板１００では、第１の配線１０４や下部配線１１２を覆うベースフィルム１０２の上面は、三層構造を有する第１の保護膜１０８によって覆われる。ここで、第３の無機化合物層１０８ｃが存在しない場合、第２の無機化合物層１０８ｂに含まれる酸化ケイ素は比較的親水性が高いため、外部から水などの不純物が侵入すると不純物は第１の無機化合物層１０８ａ内部へ拡散する。第１の無機化合物層１０８ａは、親水性が低く、かつ、不純物に対するブロッキング性が高い窒化ケイ素を含有するものの、上述したようにその厚さが小さいため、不純物が一部透過する。このため、不純物がベースフィルム１０２へ侵入し、ベースフィルム１０２の誘電率や誘電正接が増大する。

しかしながら、第１の保護膜１０８には、第２の無機化合物層１０８ｂ上に、第１の無機化合物層１０８ａよりも大きな厚さを有し、窒化ケイ素を含有する第３の無機化合物層１０８ｃが備えられる。このため、第２の無機化合物層１０８ｂを通して第１の無機化合物層１０８ａやベースフィルム１０２に不純物が浸入する速度を大幅に低下させることができ、ベースフィルム１０２の誘電率や誘電正接の増大を抑制することができる。このため、配線基板１００に実装される半導体チップの信号の伝送損失や遅延を防止することが可能となる。

２．変形例
上述した構造的特徴は、様々な態様の配線基板にも適用することができる。以下、本実施形態に係る配線基板として、配線基板１００と構造が異なる配線基板１２０、１５０、１６０、１７０について述べる。

図４に示すように、配線基板１２０はベースフィルム１０２と、ベースフィルム１０２に埋め込まれる複数の積層された接続配線層を有している。ここでは第１の接続配線層１２２、第２の接続配線層１２４、第３の接続配線層１２６、および第４の接続配線層１２８を含む四つの接続配線層がベースフィルム１０２内に積層された例が示されている。

第１の接続配線層１２２は、ベースフィルム１０２に埋め込まれた第１の接続配線１３０ａ、１３０ｂを有する。同様に、第２の接続配線層１２４は、ベースフィルム１０２に埋め込まれた第２の接続配線１３２を有し、第３の接続配線層１２６はベースフィルム１０２に埋め込まれた第３の接続配線１３４ａ、１３４ｂを有する。第４の接続配線層１２８は、配線基板１００と同様、第１の配線１０４が備えられ、第１の配線１０４とベースフィルム１０２に接するように第１の保護膜１０８が配置される。第１の配線１０４は、これらの接続配線１３０ａ、１３２、１３４ａを介して下部配線１１２と電気的に接続される。第１の配線１０４と同様、各接続配線層において、接続配線１３０ａ、１３０ｂ、１３２、１３４ａ、１３４ｂの上面形状は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３に示すように、主に一次元方向に延伸した形状でも良く、メッシュ状でもよく、あるいは配線基板１００の平面形状とほぼ同一でも良い。任意の構成として各接続配線１３０ａ、１３０ｂ、１３２、１３４ａ、１３４ｂの底面や側面にはシード層１３６ａ、１３６ｂ、１３８、１４０ａ、１４０ｂを設けてもよい。また、各シード層１３６ａ、１３６ｂ、１３８、１４０ａ、１４０ｂの下にバリア層を形成してもよい。その他の構成は配線基板１００と同様であるため、説明は割愛する。

配線基板１００と同様、配線基板１２０の第１の保護膜１０８も第１の無機化合物層１０８ａ、第２の無機化合物層１０８ｂ、第３の無機化合物層１０８ｃを有しているため、ベースフィルム１０２への不純物の侵入が効果的に抑制され、ベースフィルム１０２に含まれる有機化合物の誘電率や誘電正接の増大を抑制することができる。

図５に示す配線基板１５０は、ベースフィルム１０２に埋め込まれた接続配線上に第１の保護膜１０８と同様、あるいは類似する構造を有する第３の保護膜１５２が形成されている点で配線基板１２０と異なる。ここで示した例では、第２の接続配線層１２４の第２の接続配線１３２を覆うように、第３の保護膜１５２が設けられている。第３の保護膜１５２は、第４の無機化合物層１５２ａ、第４の無機化合物層１５２ａの上に位置し、第４の無機化合物層１５２ａと接する第５の無機化合物層１５２ｂ、第５の無機化合物層１５２ｂの上に位置し、第５の無機化合物層１５２ｂと接する第６の無機化合物層１５２ｃを有する。第４の無機化合物層１５２ａ、第５の無機化合物層１５２ｂ、第６の無機化合物層１５２ｃはそれぞれ、第１の保護膜１０８の第１の無機化合物層１０８ａ、第２の無機化合物層１０８ｂ、第３の無機化合物層１０８ｃに対応し、それぞれ同様の構造を有することができる。

このような構造を採用することにより、接続配線層の数が増大してベースフィルム１０２の厚さが増大しても、ベースフィルム１０２に不純物が浸入することを効果的に抑制することができ、配線基板１５０に実装される半導体チップの特性低下を防止することが可能となる。

なお、接続配線を覆う第３の保護膜１５２は、必ずしも第６の無機化合物層１５２ｃを含まなくてもよい。これは、第１の配線１０４上に三層構造を有する第１の保護膜１０８が形成されているためである。この場合、第５の無機化合物層１５２ｂがベースフィルム１０２と接する。

図６に示す配線基板１６０は、第１の保護膜１０８がベースフィルム１０２の側面も覆う点で配線基板１５０と構造が異なる。この構造では、図６に示すように、第４の無機化合物層１５２ａと第１の無機化合物層１０８ａは接してもよい。第１の保護膜１０８は、基板１１６の側面を覆ってもよい。図示しないが、接続配線層１２２、１２４、１２６、１２８間でベースフィルム１０２の側面は同一平面に位置しなくてもよい。例えば一つの接続配線層のベースフィルム１０２の側面が、その下の接続配線層のベースフィルム１０２の上面と重なってもよい。このような構造を採用することにより、ベースフィルム１０２への不純物の侵入をより効果的に防止することができるため、ベースフィルム１０２に含まれる有機化合物の誘電率や誘電正接の増大を抑制でき、実装される半導体チップの特性低下を防止することが可能となる。

図７に示す配線基板１７０は、下部配線１１２が基板１１６を貫通する貫通配線として形成されている点で配線基板１５０と構造が異なる。すなわち、基板１１６の一方の面（第１の面）にベースフィルム１０２や複数の接続配線層１２２、１２４、１２６、１２８が形成され、下部配線１１２はこの第１面の一部、第１の面に対向する第２の面の一部、および基板１１６に設けられる貫通孔１７２の側壁を覆う。シード層１１４も同様に、第１面の一部、第２の面の一部、および貫通孔１７２の側壁を覆う。下部配線１１２と第１の配線１０４を用いることで半導体チップとメイン基板との電気的接続を行うことができる。

上述したように、図５から図７に示した配線基板１５０、１６０、１７０は、ベースフィルム１０２内部に位置する複数の接続配線から選択される一つ、あるいは複数の接続配線（ここで示した例では第２の接続配線１３２ａ）と接する第３の保護膜１５２を有している。すなわち、接続配線に含まれる銅などの金属と第４の無機化合物層１５２ａが接する。この場合、ベースフィルム１０２に不純物が浸入すると、接続配線の表面が酸化し、接続配線と第４の無機化合物層１５２ａ間の密着性が低下する。また、これらの接続配線と第４の無機化合物層１５２ａに含まれる材料の熱膨張係数は大きく異なるため、これらの間に発生する膜応力に起因して剥離が生じる。

しかしながら上述したように、本実施形態を適用することにより、ベースフィルム１０２への不純物の侵入を効果的に防止することができる。このため、接続配線の酸化が防止され、ベースフィルム１０２内部において接続配線と第３の保護膜１５２との剥離を効果的に防ぐことができる。このため、配線基板に実装される半導体チップの信号の伝送損失や遅延を抑制することができるだけでなく、半導体チップと配線基板を含む半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。

（第２実施形態）
本実施形態では、図７に示した配線基板１７０の作製方法を、断面模式図を用いて説明する。第１実施形態で述べた構成と類似する、あるいは同一の構成については説明を割愛することがある。

最初に、基板１１６に貫通孔１７２を形成する（図８（Ａ））。ガラス基板を基板１１６として用いる場合、貫通孔１７２はプラズマエッチングやウェットエッチングなどのエッチング、レーザ照射、あるいはサンドブラストや超音波ドリルなどの機械的な加工によって形成すればよい。貫通孔１７２の数や大きさは配線基板１７０の設計に従って任意に決定することができる。

この後、シード層１１４を貫通孔１７２の側壁や基板１１６の両面（第１の面、第２の面）を覆うように形成する（図８（Ｂ））。シード層１１４はスパッタリング法やＣＶＤ法、無電解めっき、あるいは蒸着法などによって形成することができる。特にスパッタリング法を適用することで、効率よくシード層１１４が形成される。図示しないが、シード層１１４の形成の前に、貫通孔１７２の側壁や基板１１６の両面にポリイミドやポリアミドなどの有機化合物、あるいは酸化ケイ素や窒化ケイ素などの無機化合物を含む絶縁膜を一層、あるいは複数層形成してもよい。

次に、下部配線１１２を形成しない領域を保護するためのレジストマスク１７６を基板１１６の第１の面と第２の面に形成する（図８（Ｂ））。レジストマスク１７６は、液体のレジストを塗布、硬化することで形成しても良いが、基板１１６が貫通孔１７２を有しているため、フィルム状のレジストを第１の面と第２の面に貼り付け、その後露光と現像を行うことで効率よく形成することができる。その後、シード層１１４に給電して電解めっきを行い、レジストマスク１７６に覆われていないシード層１１４上に金属膜を成膜し、下部配線１１２が形成される（図８（Ｃ））。

その後、レジストマスク１７６を除去し、下部配線１１２から露出したシード層１１４をエッチングによって除去する（図８（Ｄ））。エッチャントとしては、硫酸などの酸を含むエッチャントを使用することができる。

引き続き、ベースフィルム１０２の一部を形成する。具体的には、第１実施形態で述べたポリイミドなどの高分子、あるいはその前駆体の溶液や懸濁液を基板１１６上に塗布し、その後フォトマスクを用いる露光、現像、焼成を行うことで、下部配線１１２を露出する開口１７８を有するベースフィルム１０２を形成する。あるいは上記高分子のフィルムを張り付け、フォトマスクを用いる露光、現像、焼成を行うことでベースフィルム１０２を形成してもよい。この段階で形成するベースフィルム１０２の厚さは０．５μｍから５μｍの範囲で適宜調整される。

次にシード層１３６をスパッタリング法、ＣＶＤ法などを適用して形成する（図９（Ａ））。シード層１３６の厚さは５μｍ以上２０μｍの範囲で適宜選択される。シード層１３６は、一部が開口１７８を覆うよう、ベースフィルム１０２上に形成される。なお、シード層１３６を形成する前に、図示しないバリア層をスパッタリング法などを利用し、開口１７８やベースフィルム１０２の表面を覆うように形成してもよい。

次に、下部配線１１２の形成と同様、レジストマスクの形成、電解めっき法による第１の接続配線１３０の形成を行い、引き続き、第１の接続配線１３０に覆われていないシード層１３６をエッチングによって除去する（図９（Ｂ））。バリア層を形成する場合にはシード層１３６と同時にバリア層が除去される。ここまでの工程により、第１の接続配線層１２２が形成される。同様のプロセスを繰り返し、第２の接続配線層１２４を形成する（図１０（Ａ））。

次に、第３の保護膜１５２を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤ法を適用し、窒化ケイ素を含む第４の無機化合物層１５２ａ、酸化ケイ素を含む第５の無機化合物層１５２ｂを順次形成する（図１０（Ｂ））。その後、第２の接続配線１３２ａと重なる開口を有するベースフィルム１０２を第３の保護膜１５２上に形成する（図１１（Ａ））。この時形成されるベースフィルム１０２（ベースフィルム１０２のうち、第３の保護膜１５２より上の部分）の厚さは、配線基板１７０に搭載される半導体チップに適合する特性インピーダンスを第１の配線１０４や接続配線に付与することを考慮し、１μｍから１０μｍの範囲から適宜選択される。

次に、最上層のベースフィルム１０２に設けられる開口において第３の保護膜１５２をプラズマエッチングによって除去し、第２の接続配線１３２ａを露出させる。その後、シード層１３６や第１の接続配線１３０ａの形成と同様の手法を用い、第３の接続配線１３４ａ、１３４ｂ、シード層１４０ａ、１４０ｂが形成される（図１１（Ｂ））。同様の手法を繰り返し、第４の接続配線層１２８の第１の配線１０４ａ、１０４ｂ、シード層１０６ａ、１０６ｂが形成される（図１２）。

引き続き、第１の保護膜１０８を形成する（図１３）。第１の保護膜１０８は、プラズマＣＶＤ法を用い、第１の無機化合物層１０８ａ、第２の無機化合物層１０８ｂ、第３の無機化合物層１０８ｃを順次形成することで形成される。その後、第１の接続配線層１２２のベースフィルム１０２の形成と同様に、第１の配線１０４ａと重なる開口を有する第２の保護膜１１０を形成した後（図１３）、この開口で露出した第１の保護膜１０８に対してプラズマエッチングを行って第１の配線１０４ａを露出させる。プラズマエッチングは、例えばＣＦ₄やＣＨＦ₄などのフッ素含アルカンやアルケンを用いればよい。

以上の工程により、図７に示す配線基板１７０を形成することができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態で述べた配線基板１００、１２０、１５０、１６０、１７０を利用した半導体装置について説明する。ここでは便宜上、配線基板１７０を利用した半導体装置を代表的な例として説明する。

図１４に示す半導体装置１８０は、メイン基板１８２と、その上に積層された複数の配線基板１７０（配線基板１７０－１、１７０－２、１７０－３）を有する。配線基板１７０の数に制限はなく、半導体装置１８０に要求される性能に従って決定される。メイン基板１８２には図示しない種々の半導体チップ（メモリ装置、中央演算ユニット）や半導体素子（微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）など）が接続される。第１実施形態で述べたように、配線基板１７０は貫通配線として機能する下部配線１１２を有し、これらは半導体装置１８０における上下方向の電気的接続に寄与する。最下層の配線基板１７０－１の下部配線１１２は、バンプ１８４－１を介してメイン基板１８２上に設けられる端子１８６と電気的に接続される。また、積層された配線基板１７０－１、１７０－２、１７０－３同士もバンプ１８４－２、１８４－３によって電気的に接続される。バンプ１８４には、インジウム、銅、金などの金属、あるいははんだなどの合金が含まれる。

図１５に示す半導体装置１９０のように、積層される配線基板１７０は互いにサイズや形状が異なっていてもよく、メイン基板１８２上で積層される配線基板１７０の数も異なっていてもよい。図１５に示した例では、一部の領域では二つの配線基板１７０－４、１７０－５が積層され、一部の領域では三つの配線基板１７０－１、１７０－２、１７０－３が積層されている。

図１６に示す半導体装置２００は、複数の半導体チップ２０２－１、２０２－２が配線基板１７０を介してメイン基板１８２上に積層された構造を有する。半導体チップ１７２－１、１７２－２にはそれぞれ端子１８６が形成され、これらがバンプ１８４を介して配線基板１７０の下部配線１１２、および第１の配線１０４と電気的に接続される。これにより、半導体チップ２０２－１、２０２－２が互いに電気的に接続される。また、ワイヤ配線２０６により、半導体チップ２０２－２とメイン基板１８２を電気的に接続してもよい。図１４から図１６では、貫通配線として機能する下部配線１１２が直接バンプ１８４と接続されるように示されているが、バンプ１８４と下部配線１１２の間にリード配線などの他の配線が設けられてもよい。

本実施例では、第１実施形態の配線基板に対して信頼性試験を行った結果について述べる。用いた配線基板は配線基板１７０であり（図７参照）、第４の無機化合物層１５２ａと第５の無機化合物層１５２ｂの厚さはそれぞれ０．１μｍ、２．０μｍであった。第１の無機化合物層１０８ａ、第２の無機化合物層１０８ｂ、および第３の無機化合物層１０８ｃの厚さはそれぞれ０．１μｍ、０．５μｍ、０．４μｍであった。

作製した配線基板を温度１３０℃、湿度８５％の条件下で９６時間静置し、その後光学顕微鏡を用いて第１の配線１０４や接続配線１３０ａ、１３０ｂ、１３２、１３４ａ、１３４ｂを観察した。その結果、配線形状や配線の幅に依存せず、第２の接続配線１３２と第４の無機化合物層１５２ａ間での剥離は観察されなかった。

これに対し、比較例として、配線基板１７０と同様の構造を有するものの第１の保護膜１０８を持たない配線基板を用いた場合、上記配線は、幅や形状にかかわらず、いずれも表面が赤く変色していることが確認された。これは、配線が外部から侵入した不純物によって酸化されていることを示唆する。また、第２の接続配線１３２と第４の無機化合物層１５２ａ間では、配線の幅が小さい領域（例えば幅が１０μｍ以下の配線、あるいは幅が５μｍのメッシュ状の配線）では剥離は起こらなかったものの、それ以外の領域では剥離が生じていることが確認された。

この実施例で示したように、三層構造を有する保護膜を適用することにより、信頼性の高い配線基板を提供することが可能になることが確認された。

本開示の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本開示の要旨を備えている限り、本開示の範囲に含まれる。

また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本開示によりもたらされるものと理解される。

１００：配線基板、１０２：ベースフィルム、１０４：第１の配線、１０４ａ：第１の配線、１０４ｂ：第１の配線、１０６：シード層、１０６ａ：シード層、１０６ｂ：シード層、１０８：第１の保護膜、１０８ａ：第１の無機化合物層、１０８ｂ：第２の無機化合物層、１０８ｃ：第３の無機化合物層、１１０：第２の保護膜、１１２：下部配線、１１４：シード層、１１６：基板、１１８：アンダーコート、１２０：配線基板、１２２：第１の接続配線層、１２４：第２の接続配線層、１２６：第３の接続配線層、１２８：第４の接続配線層、１３０：第１の接続配線、１３０ａ：第１の接続配線、１３０ｂ：第１の接続配線、１３２：第２の接続配線、１３２ａ：第２の接続配線、１３４：第３の接続配線、１３４ａ：第３の接続配線、１３４ｂ：第３の接続配線、１３６：シード層、１３６ａ：シード層、１３６ｂ：シード層、１３８：シード層、１４０ａ：シード層、１４０ｂ：シード層、１５０：配線基板、１５２：第３の保護膜、１５２ａ：第４の無機化合物層、１５２ｂ：第５の無機化合物層、１５２ｃ：第６の無機化合物層、１６０：配線基板、１７０：配線基板、１７２：貫通孔、１７６：レジストマスク、１７８：開口、１８０：半導体装置、１８２：メイン基板、１８４：バンプ、１８６：端子、１８８：バンプ、１９０：半導体装置、２００：半導体装置、２０２：半導体チップ、２０６：ワイヤ配線

Claims

有機化合物を含むベースフィルム、
前記ベースフィルム上に位置し、銅を含む第１の配線、および
前記第１の配線の上に位置し、前記第１の配線と接する第１の保護膜を有し、
前記第１の保護膜は、
窒化ケイ素を含む第１の無機化合物層、
前記第１の無機化合物層の上に位置し、前記第１の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む第２の無機化合物層、および
前記第２の無機化合物層の上に位置し、前記第２の無機化合物層と接し、窒化ケイ素を含む第３の無機化合物層を含み、
前記第１の保護膜は、前記ベースフィルムの側面を覆う、配線基板。
前記有機化合物の誘電正接は、１×１０^-4以上１×１０^-2以下である、請求項１に記載の配線基板。
前記第１の保護膜の上に位置し、前記第１の保護膜と接する第２の保護膜をさらに有し、
前記第２の保護膜は、前記有機化合物を含む、請求項１に記載の配線基板。
前記有機化合物はポリイミドである、請求項１に記載の配線基板。
前記第３の無機化合物層の厚さは、前記第１の無機化合物層の厚さよりも大きく、前記第２の無機化合物層よりも小さい、請求項１に記載の配線基板。
前記第１の配線の下に第２の配線をさらに有し、
前記第１の配線と前記第２の配線は互いに電気的に接続され、
前記第２の配線は前記ベースフィルムに覆われる、請求項１に記載の配線基板。
前記第２の配線は、前記ベースフィルムに埋め込まれるとともに第３の保護膜に覆われ、
前記第３の保護膜は、
前記第２の配線と接し、窒化ケイ素を含む第４の無機化合物層、および
前記第４の無機化合物層の上に位置し、前記第４の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む、請求項６に記載の配線基板。
前記ベースフィルムの下に基板をさらに有する、請求項１に記載の配線基板。
請求項１に記載の前記配線基板と、
前記配線基板と電気的に接続される半導体チップを有する半導体装置。
前記半導体装置は、高周波装置として動作するように構成される、請求項９に記載の半導体装置。
第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面を有する基板、
前記基板上のベースフィルム、
前記第１の面の上に位置し、前記ベースフィルムに埋め込まれ、銅を含む第１の配線、
前記第１の配線の上に位置し、前記第１の配線と接する第１の保護膜、
前記第１の保護膜と前記ベースフィルムの上の第２の配線、および
前記第２の配線上の第２の保護膜を有し、
前記第１の保護膜は、
窒化ケイ素を含む第１の無機化合物層、および
前記第１の無機化合物層の上に位置し、前記第１の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む第２の無機化合物層を有し、
前記第２の保護膜は、
窒化ケイ素を含む第３の無機化合物層、
前記第３の無機化合物層の上に位置し、前記第３の無機化合物層と接し、酸化ケイ素を含む第４の無機化合物層、および
前記第４の無機化合物層の上に位置し、前記第４の無機化合物層と接し、窒化ケイ素を含む第５の無機化合物層を有し、
前記第２の保護膜は、前記ベースフィルムの側面を覆う、配線基板。
前記第１の配線は、前記第２の配線と電気的に接続される、請求項１１に記載の配線基板。
前記第１の配線は、少なくとも一つの接続配線を介して前記第２の配線と電気的に接続され、
前記接続配線は前記ベースフィルムに埋め込まれる、請求項１１に記載の配線基板。
前記ベースフィルムは、１×１０^-4以上１×１０^-2以下の誘電正接を有するポリイミドを含む、請求項１１に記載の配線基板。
前記基板はガラスを含む、請求項１１に記載の配線基板。
前記基板は貫通孔を有し、
前記貫通孔には、前記貫通孔の側壁と前記第２の面の少なくとも一部を覆う下部配線が設けられ、
前記第１の配線は前記下部配線と電気的に接続される、請求項１１に記載の配線基板。
請求項１３に記載の前記配線基板、および
前記配線基板と電気的に接続される半導体チップを有する半導体装置。
前記半導体装置は、高周波装置として動作するように構成される、請求項１７に記載の半導体装置。