JPH1197843A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】薄膜配線導体層を微細パターン形状に形成する
ことができない。 【解決手段】基板１上に、有機樹脂絶縁層２と薄膜配線
導体層３とを交互に多層に積層するとともに上下に位置
する薄膜配線導体層３を有機樹脂絶縁層２に設けたスル
ーホール８の内壁面に被着されているスルーホール導体
９を介して接続してなる多層配線基板であって、前記各
有機樹脂絶縁層２はその上面の高さばらつきが５μｍ以
下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線基板に関
し、より詳細には混成集積回路装置や半導体素子を収容
する半導体素子収納用パッケージ等に使用される多層配
線基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、混成集積回路装置や半導体素子収
納用パッケージ等に使用される多層配線基板はその配線
導体がＭｏーＭｎ法等の厚膜形成技術によって形成され
ている。

【０００３】このＭｏーＭｎ法は通常、タングステン、
モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に有機溶剤、
溶媒を添加混合し、ペースト状となした金属ペーストを
生セラミック体の外表面にスクリーン印刷法により所定
パターンに印刷塗布し、次にこれを複数枚積層するとと
もに還元雰囲気中で焼成し、高融点金属粉末と生セラミ
ック体とを焼結一体化させる方法である。

【０００４】なお、前記配線導体が形成されるセラミッ
ク体としては、通常、酸化アルミニウム質焼結体やムラ
イト質焼結体等の酸化物系セラミックス、或いは表面に
酸化物膜を被着させた窒化アルミニウム質焼結体や炭化
珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックスが使用され
る。

【０００５】しかしながら、このＭｏーＭｎ法を用いて
配線導体を形成した場合、配線導体は金属ペーストをス
クリーン印刷することにより形成されることから微細化
が困難で配線導体を高密度に形成することができないと
いう欠点を有していた。

【０００６】そこで上記欠点を解消するために配線導体
を従来の厚膜形成技術で形成するのに変えて微細化が可
能な薄膜形成技術を用いて高密度に形成した多層配線基
板が採用されるようになってきた。かかる多層配線基板
は、上下両面に貫通する貫通孔を形成した酸化アルミニ
ウム質焼結体等から成るセラミックスやガラス繊維を織
り込んだ布にエポキシ樹脂を含浸させて形成されるガラ
スエポキシ樹脂等から成る絶縁基板と、該絶縁基板の上
面のスピンコート法及び熱硬化処理等によって形成され
るエポキシ樹脂等の有機樹脂から成る絶縁層と、銅やア
ルミニウム等の金属から成る薄膜配線導体層とを交互に
多層に積層させるとともに上下に位置する薄膜配線導体
層を有機樹脂絶縁層に設けたスルーホールの内壁面に被
着されているスルーホール導体を介して電気的に接続さ
せた構造を有しており、最上層の有機樹脂絶縁層上に半
導体素子や容量素子、抵抗器等の電子部品を実装させる
とともに各々の電極を薄膜配線導体層に接続させること
によって半導体素子や混成集積回路装置となり、薄膜配
線導体の一部を外部電気回路に接続させることによって
かかる半導体装置や混成集積回路装置は外部電気回路に
接続されることとなる。

【０００７】なお、前記薄膜配線導体層はめっき法や蒸
着法、スパッタリング法等の薄膜形成技術及びフォトリ
ソグラフィー技術を採用することによって所定パターン
に形成され、具体的には例えば、まず有機樹脂絶縁層上
に銅やアルミニウム等の金属をめっき法や蒸着法、或い
はスパッタリング法等を採用することにより所定厚みに
被着させて銅層やアルミニウム層を形成し、次に前記銅
層やアルミニウム層上にレジスト材を塗布するとともに
該レジスト材にフォトマスクを使用して露光するととも
に現像処理を施して窓部を形成し、次に、前記レジスト
材の窓部にエッチング液を配し、レジスト材の窓部に位
置する銅層やアルミニウム層を除去して銅層やアルミニ
ウム層を所定パターンの薄膜配線導体層とし、しかる
後、前記所定パターンに加工された銅層やアルミニウム
層の上面より残余のレジスト材を剥離、除去することに
よって形成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この多
層配線基板は、有機樹脂絶縁層と薄膜配線導体層とを交
互に多層に積層して形成する時、有機樹脂絶縁層はその
上面の高さが下部に配される薄膜配線導体層の厚みに起
因して約１０μｍ程度の段差を有するばらついたものと
なり、その結果、この高さばらつきを有する有機樹脂絶
縁層上に次の薄膜配線導体層を薄膜形成技術及びフォト
リソグラフィー技術を採用することによって形成する場
合、レジスト材にフォトマスクを使用して露光するとと
もに現像処理を施して窓部を形成する際、光の回り込み
が生じてレジスト材の窓部を所定形成に形成することが
できず、これによって薄膜配線導体層を所定のパターン
形状に正確に形成するのが不可となる欠点を有してい
た。特に薄膜配線導体層をライン／スペース＝３０／３
０μｍ程度の微細パターン形状に形成することは極めて
困難なものであった。

【０００９】本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、微細な薄膜配線導体層を高密度に形成
した多層配線基板をを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、有
機樹脂絶縁層と薄膜配線導体層とを交互に多層に積層す
るとともに上下に位置する薄膜配線導体層を有機樹脂絶
縁層に設けたスルーホールの内壁面に被着されているス
ルーホール導体を介して電気的に接続してなる多層配線
基板であって、前記各有機樹脂絶縁層はその上面の高さ
ばらつきが５μｍ以下であることを特徴とするものであ
る。

【００１１】本発明の多層配線基板によれば、有機樹脂
絶縁層上面の高さばらつきを５μｍ以下としたことか
ら、有機樹脂絶縁層上に薄膜配線導体層を薄膜形成技術
及びフォトリソグラフィー技術を採用することによって
形成する場合、レジスト材の厚みが略均一となってレジ
スト材にフォトマスクを使用して露光するとともに現像
処理を施して窓部を形成する際、光の回り込みがなく、
レジスト材の窓部を極めて正確に形成することができ、
これによって薄膜配線導体層をライン／スペース＝３０
／３０μｍ程度の微細パターン形状に形成することが可
能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は本発明の多層配線基板の一実施
例を示し、１は基板、２は有機樹脂絶縁層、３は薄膜配
線導体層である。

【００１３】前記基板１はその上面に有機樹脂絶縁層２
と薄膜配線導体層３とから成る多層配線部４が配設され
ており、該多層配線部４を支持する支持部材として作用
する。

【００１４】前記基板１は酸化アルミニウム質焼結体や
ムライト質焼結体等の酸化物系セラミックス、或いは表
面に酸化物膜を有する窒化アルミニウム質焼結体や炭化
珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックス、更にはガラ
ス繊維を織り込んだ布にエポキシ樹脂を含浸させたガラ
スエポキシ樹脂等の電気絶縁材料で形成されており、例
えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合
には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウ
ム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶
媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知
のドクターブレード法やカレンダロール法を採用するこ
とによってセラミックグリーンシート（セラミック生シ
ート）を形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシ
ートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとと
もに高温（約１６００℃）で焼成することによって、あ
るいは酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機溶
剤、溶媒を添加混合して原料粉末を調製するとともに該
原料粉末をプレス成形機によって所定形状に成形し、最
後に前記成形体を約１６００℃の温度で焼成することに
よって製作され、またガラスエポキシ樹脂から成る場合
には、例えば、ガラス繊維を織り込んだ布にエポキシ樹
脂の前駆体を含浸させるとともに該エポキシ樹脂前駆体
を所定の温度で熱硬化させることによって製作される。

【００１５】また、前記基板１には上下両面に貫通する
孔径が例えば、直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの貫通孔５
が形成されており、該貫通孔５の内壁には両端が基板１
の上下両面に導出する導電層６が被着されている。

【００１６】前記貫通孔５は後述する基板１の上面に形
成される多層配線部４の薄膜配線導体層３と外部電気回
路とを電気的に接続する、或いは基板１の上下両面に多
層配線部４を配設した場合には両面の多層配線部４の薄
膜配線導体層３同士を電気的に接続する導電層６を形成
するための形成孔として作用し、例えば、基板１にドリ
ル孔あけ加工法等を施すことによって基板１の所定位置
に所定形状に形成される。

【００１７】更に、前記貫通孔５の内壁及び基板１の上
下両面には導電層６が被着形成されており、該導電層６
はニッケルや銅等の金属材料よりなり、例えば、ニッケ
ルより形成されている場合には、貫通孔５を有する基板
１を硫酸ニッケル４０グラム／リットル、クエン酸ナト
リウム２４グラム／リットル、酢酸ナトリウム１４グラ
ム／リットル、次亜リン酸ナトリウム２０グラム／リッ
トル、塩化アンモニウム５グラム／リットルから成る無
電解めっき浴を用いて厚さ１μｍ乃至４０μｍのニッケ
ル層を被着させ、しかる後、前記ニッケル層をエッチン
グ加工法により所定パターンに加工することによって貫
通孔５の内壁に両端を基板１の上下両面に導出させた状
態で被着形成される。

【００１８】前記導電層６は基板１の主面に配設される
多層配線部４の薄膜配線導体層３を外部電気回路に電気
的に接続したり、基板１の上下両面に配設される各々の
多層配線部４の薄膜配線導体層３同士を電気的に接続す
る作用をなす。

【００１９】また、前記基板１に形成した貫通孔５はそ
の内部にエポキシ樹脂等から成る有機樹脂充填体７が充
填されており、該有機樹脂充填体７によって貫通孔５は
完全に埋められ、同時に有機樹脂充填体７の両端面が基
板１の上下両主面に被着させた導電層６の面と同一平面
となっている。

【００２０】前記有機樹脂充填体７は基板１の上面及び
／又は下面に後述する有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体
層３とから成る多層配線部４を形成する際、多層配線部
４の有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体層３の平坦化を維
持させる作用をなす。

【００２１】なお、前記有機樹脂充填体７は基板１の貫
通孔５内にエポキシ樹脂等の前駆体を充填し、しかる
後、これに８０〜２００℃の温度を０．５〜３時間印加
し、完全に熱硬化させることによって基板１の貫通孔５
内に充填される。

【００２２】更に、前記基板１はその上面に有機樹脂絶
縁層２と薄膜配線導体層３とが交互に多層に積層されて
多層配線部４が形成されており、且つ薄膜配線導体層３
の一部は導電層６に電気的に接続している。

【００２３】前記多層配線部４を構成する有機樹脂絶縁
層２は上下に位置する薄膜配線導体層３の電気的絶縁を
図る作用をなすとともに薄膜配線導体層３は電気信号を
伝達するための伝達路として作用する。

【００２４】前記多層配線部４の有機樹脂絶縁層２は、
感光性、或いは熱硬化性のエポキシ樹脂やビスマレイミ
ドトリアジン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ふっ
素樹脂等から成り、例えば、酸触媒型の感光性エポキシ
樹脂からなる場合には、フェノールノボラック樹脂、メ
チロールメラミン、ジアリルジアゾニウム塩にプロプレ
ングリコールモノメチルエーテルアセテートを添加混合
してペースト状の酸触媒型感光性エポキシ樹脂前駆体を
得るとともに、該酸触媒型の感光性エポキシ樹脂前駆体
を基板１の上部にスピンコート法やドクターブレード法
により所定厚みに被着させ、次に、これを高圧水銀ラン
プ等を用いた露光機により１〜３Ｊ／ｃｍ³ のエネルギ
ーで所定の露光を行い、所定領域を光硬化させるととも
にスプレー現像機等で現像して後述するスルーホール８
となる穴を形成し、しかる後、これを１８０℃の温度で
３０〜６０分間加熱し、完全に硬化させることによって
形成される。

【００２５】また、前記多層配線部４の有機樹脂絶縁層
２にはその各々にスルーホール８が形成されており、該
スルーホール８は基板１に形成した導電層６と薄膜配線
導体層３とを電気的に接続するとともに間に有機樹脂絶
縁層２を挟んで上下に位置する薄膜配線導体層３の各々
を電気的に接続する接続路として作用する。

【００２６】前記スルーホール８は有機樹脂絶縁層２に
窓部を有するレジスト材を塗布するとともに該レジスト
材の窓部に位置する有機樹脂絶縁層２をエッチングする
ことによって、あるいは有機樹脂絶縁層２が感光性の有
機樹脂で形成されている場合には感光性有機樹脂前駆体
に露光処理を施して光硬化させる際、一部に露光しない
領域を設けておくことによって形成され、特に有機樹脂
絶縁層２を感光性エポキシ樹脂等の感光性有機樹脂で形
成しておくと、前述したとおり有機樹脂絶縁層２を形成
する際に、基板１の上部に塗布された例えば、酸触媒型
感光性エポキシ樹脂前駆体の所定領域に露光を施すこと
によって有機樹脂絶縁層２に直接、形成され、有機樹脂
絶縁層２にスルーホール８を形成するためのレジスト材
を別途、準備する必要は全くなく、これによって有機樹
脂絶縁層２に簡単にスルーホール５を形成することが可
能となるとともに製品としての多層配線基板を安価とな
すことができる。従って、前記有機樹脂絶縁層２は光硬
化性の有機樹脂で形成しておくことが好ましい。

【００２７】前記各有機樹脂絶縁層２はまたその上面に
所定パターンの薄膜配線導体層３が、更に各有機樹脂絶
縁層２に設けたスルーホール８の内壁にはスルーホール
導体９が各々配設されており、スルーホール導体９によ
って基板１に形成した導電層６と薄膜配線導体層３と
が、また間に有機樹脂絶縁層２を挟んで上下に位置する
各薄膜配線導体層３の各々が電気的に接続されるように
なっている。

【００２８】前記各有機樹脂絶縁層２の上面及びスルー
ホール８内に配設される薄膜配線導体層３及びスルーホ
ール導体９は銅、ニッケル、金、アルミニウム等の金属
材料をめっき法や蒸着法、スパッタリング法等の薄膜形
成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用することに
よって形成され、例えば、銅で形成されている場合に
は、有機樹脂絶縁層２の上面及びスルーホール８の内壁
面に硫酸銅０．０６モル／リットル、ホルマリン０．３
モル／リットル、水酸化ナトリウム０．３５モル／リッ
トル、エチレンジアミン四酢酸０．３５モル／リットル
からなる無電解銅めっき浴を用いて厚さ１μｍ〜４０μ
ｍの銅層を被着させ、次に前記銅層上にレジスト材を塗
布するとともに該レジスト材にフォトマスクを使用して
露光するとともに現像処理を施して窓部を形成し、次
に、前記レジスト材の窓部にエッチング液を配し、レジ
スト材の窓部に位置する銅層を除去して銅層を所定パタ
ーンに加工し、薄膜配線導体層３となし、しかる後、前
記所定パターンに加工された銅層の上面より残余のレジ
スト材を剥離、除去することによって各有機樹脂絶縁層
２間及び各有機樹脂絶縁層２のスルーホール８内壁に形
成される。この場合、薄膜配線導体層３は薄膜形成技術
により形成されることから配線の微細化が可能であり、
これによって薄膜配線導体層３を極めて高密度に形成す
ることが可能となる。

【００２９】更に、前記有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導
体層３とを交互に多層に積層して形成される多層配線部
４は、有機樹脂絶縁層２上面の高さが下部に配される薄
膜配線導体層３の厚みに起因して約１０μｍ程度の段差
を有するばらついたものとなるが、各有機樹脂絶縁層２
の上面をバフ研磨等の機械的研磨やエッチング等の化学
的研磨を施すことによって５μｍ以下の高さばらつきに
してあり、各有機樹脂絶縁層２上面の高さばらつきを５
μｍ以下としたことから、有機樹脂絶縁層２上に薄膜配
線導体層３を薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技
術を採用することによって形成する場合、レジスト材の
厚みが略均一となってレジスト材にフォトマスクを使用
して露光するとともに現像処理を施して窓部を形成する
際、光の回り込みがなく、レジスト材の窓部を極めて正
確に形成することができ、これによって薄膜配線導体層
３をライン／スペース＝３０／３０μｍ程度の微細パタ
ーン形状に形成することが可能となる。

【００３０】なお、前記有機樹脂絶縁層２はその上面の
高さばらつきが５μｍを超えると薄膜配線導体層３を薄
膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用するこ
とによって形成する際、レジスト材に光の回り込みが生
じて、薄膜配線導体層３を所定の微細パターンに形成す
ることができなくなる。従って、前記有機樹脂絶縁層２
はその上面の高さばらつきが５μｍ以下に特定される。

【００３１】また、前記スルーホール８を有する有機樹
脂絶縁層２はその各々の厚みが１００μｍを超えると感
光性エポキシ樹脂前駆体に露光、現像処理を施すことに
よってスルーホール８となる穴を形成する際、或いは有
機樹脂絶縁層２にフォトリソグラフィー技術を採用する
ことによってスルーホール８を形成する際、光の広がり
やエッチングの加工時間が長くなってスルーホール８を
所望する鮮明な形状に形成するのが困難となり、また５
μｍ未満となると有機樹脂絶縁層２の上面に上下に位置
する有機樹脂絶縁層２の接合強度を上げるための粗面加
工を施す際、有機樹脂絶縁層２に不要な穴が形成され、
上下に位置する薄膜配線導体層３に不要な電気的短絡を
招来してしまう危険性がある。従って、前記有機樹脂絶
縁層２はその各々の厚みを５μｍ乃至１００μｍの範囲
としておくことが好ましい。

【００３２】更に、前記多層配線部４の各薄膜配線導体
層３はその厚みが１μｍ未満となると各薄膜配線導体層
３の電気抵抗が大きなものとなって各薄膜配線導体層３
に所定の電気信号を伝達させることが困難なものとな
り、また４０μｍを超えると薄膜配線導体層３を有機樹
脂絶縁層２に被着させる際、薄膜配線導体層３内に大き
な応力が内在し、該内在応力によって薄膜配線導体層３
が有機樹脂絶縁層２より剥離し易いものとなる。従っ
て、前記多層配線部４の各薄膜配線導体層３の厚みは１
μｍ乃至４０μｍの範囲としておくことが好ましい。

【００３３】かくして、本発明の多層配線基板によれ
ば、基板１の上面に被着させた多層配線部４上に半導体
素子や容量素子、抵抗器等の電子部品を搭載実装させ、
電子部品の各電極を薄膜配線導体層３に電気的に接続さ
せることによって半導体装置や混成集積回路装置とな
り、基板１に形成されている導電層６を外部電気回路に
接続すれば半導体装置や混成集積回路装置は外部電気回
路に電気的に接続されることとなる。

【００３４】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれ
ば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例にお
いては基板１の上面のみに有機樹脂絶縁層２と薄膜配線
導体層３とから成る多層配線部４を設けたが、多層配線
部４を基板１の下面側のみに設けても、上下の両面に設
けてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明の多層配線基板によれば、有機樹
脂絶縁層上面の高さばらつきを５μｍ以下としたことか
ら、有機樹脂絶縁層上に薄膜配線導体層を薄膜形成技術
及びフォトリソグラフィー技術を採用することによって
形成する場合、レジスト材の厚みが略均一となってレジ
スト材にフォトマスクを使用して露光するとともに現像
処理を施して窓部を形成する際、光の回り込みがなく、
レジスト材の窓部を極めて正確に形成することができ、
これによって薄膜配線導体層をライン／スペース＝３０
／３０μｍ程度の微細パターン形状に形成することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層配線基板の一実施例を示す部分拡
大断面図である。

【符号の説明】

１・・・・基板 ２・・・・有機樹脂絶縁層 ３・・・・薄膜配線導体層 ４・・・・多層配線部 ６・・・・導電層 ８・・・・スルーホール ９・・・・スルーホール導体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、有機樹脂絶縁層と薄膜配線導体
   層とを交互に多層に積層するとともに上下に位置する薄
   膜配線導体層を有機樹脂絶縁層に設けたスルーホールの
   内壁面に被着されているスルーホール導体を介して電気
   的に接続してなる多層配線基板であって、前記各有機樹
   脂絶縁層はその上面の高さばらつきが５μｍ以下である
   ことを特徴とする多層配線基板。