(57)【要約】【課題】  ビアの乗り換えに伴う信号伝送距離の延長を回避しながら、ビアへの応力を低減させることができ、結果としてビアの接続信頼性の高い多層回路基板及びその製造方法を提供する。【解決手段】  絶縁膜６としてデスミア液によりエッチングされやすい膜を形成し、絶縁膜７としてデスミア液にほとんどエッチングされない膜を形成する。レーザ照射により絶縁膜６及び７にビアホール８を形成する。ビアホール８の断面形状はレーザ照射の影響によりテーパ状となる。デスミア液を用いてビアホール８の形成の際に発生したスミアを除去する際に、絶縁膜６のビアホール８に露出している部分もエッチングされることで、絶縁膜６の側面が後退し、ビアホール８の形状が鼓状となる。その後、無電解めっき法によりＣｕシード層をビアホール８内に形成する。その後、絶縁膜６及び７のキュアを行う。続いて、電解めっき法によりＣｕビア９をビアホール８内に埋め込む。【選択図】  図１Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料部及び配線材料部を含む複数の配線層が積層されて構成された多層回路基板において、
各配線層を相互に電気的に接続するビアの形状が、当該ビアの上端及び下端よりも該ビアの中央部位が狭い鼓状になっていることを特徴とする多層回路基板。
【請求項２】
パッド上に、互いに異なる樹脂成分からなる第１及び第２の絶縁膜の形成及び半硬化を順次行う工程と、
前記第１及び第２の絶縁膜を貫通するビアホールを形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の前記ビアホールに露出する側面を選択的に溶解させることにより、前記ビアホールの形状を、前記第２の絶縁膜の下端部の開口面積が前記第１の絶縁膜の下端部の開口面積より広いものに変化させる工程と、
前記ビアホール内に導電材料で埋め込むことにより、ビアを形成する工程と、
前記第１及び第２の絶縁膜を完全に硬化させる工程と、
を有することを特徴とする多層回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の絶縁膜として、アルカリに対し高い溶解性を有する樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂を含有する膜を形成し、
前記第２の絶縁膜として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂及びポリベンゾオキサゾール樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂を含有する膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の多層回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記ビアホールの形状を変化させる工程において、アルカリ性過マンガン酸塩、オキシアルキルアミン類及び酸性フェノールからなる群から選択された１種を含有する溶液で前記第２の絶縁膜の側面を選択的に溶解させことを特徴とする請求項２又は３に記載の多層回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記ビアホールを形成する工程において、前記ビアホールの形状をテーパ状とすることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の多層回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップとマザーボードとの接続等に用いられる多層回路基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップとマザーボードとの接続等に用いられる多層回路基板の構造として、多層配線構造が採用されている。多層配線構造では、配線層と配線層とがビアにより接続されている。また、配線層及びビアの周囲には絶縁層が設けられている。ビアの形成に当たっては、配線層上に絶縁層を形成した後、この絶縁層にレーザ等によりビアホールを形成する。そして、ビアホール内にめっき等により導電物質を埋め込み、ビアを形成する。但し、従来のビアの形成方法では、ビアの断面形状がテーパ状、即ちビアの直径が下方ほど小さくなり、最も接続信頼性に問題があるパッドとビアとの接合面が最も細い形状となる。このような構造では、外部から熱が加えられると、配線材料と絶縁材料との熱膨張率の差に応じて発生した応力が、ビア根本部に集中し、ビアが配線層から剥離して断線が生じることがある。
【０００３】
このような応力の集中及び断線は、最も弱いか所に集中する傾向があり直線状に積層されたビアの数が多いほど生じやすい。このため、直線状に積層するビアの段数を制限し、発生する応力を分散させるビアの乗り換えがなされている。
【０００４】
しかしながら、このような構造を採用すると、応力集中を緩和させることは可能であるものの、パッケージ表面に実装したチップ及び裏面に実装したノイズ除去を目的としたキャパシタ間の伝送距離が増大する。信号伝送距離は、特にギガヘルツ以上の高周波信号の伝搬特性（遅延量、反射率等）に大きく影響を及ぼす。例えば信号伝送距離が長くなるほど高周波信号の減衰が大きくなる。このため、このような信号伝送距離の増加は、素子設計の観点からは好ましくない。
【０００５】
【特許文献１】特許第３００４２６６号公報
【特許文献２】特開2001-77533号公報
【特許文献３】国際公開第９７／１９５７９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ビアの乗り換えに伴う信号伝送距離の延長を回避しながら、ビアへの応力を低減させることができ、結果としてビアの接続信頼性の高い多層回路基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【０００８】
本発明に係る多層回路基板は、絶縁材料部及び配線材料部を含む複数の配線層が積層されて構成された多層回路基板を対象とする。そして、この多層回路基板は、各配線層を相互に電気的に接続するビアの形状が、当該ビアの上端及び下端よりも該ビアの中央部位が狭い鼓状になっていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る多層回路基板の製造方法では、パッド上に、互いに異なる樹脂成分からなる第１及び第２の絶縁膜の形成及び半硬化を順次行った後、前記第１及び第２の絶縁膜を貫通するビアホールを形成する。次に、前記第２の絶縁膜の前記ビアホールに露出する側面を選択的に溶解させることにより、前記ビアホールの形状を、前記第２の絶縁膜の下端部の開口面積が前記第１の絶縁膜の下端部の開口面積より広いものに変化させる。次いで、前記ビアホール内に導電材料で埋め込むことにより、ビアを形成する。そして、前記第１及び第２の絶縁膜を完全に硬化させる。
【００１０】
なお、前記第１の絶縁膜として、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂及びユリア樹脂等のアルカリに対し高い溶解性を有する樹脂並びにポリエチレン、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂を含有する膜を形成することが好ましく、前記第２の絶縁膜として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂及びポリベンゾオキサゾール樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂を含有する膜を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数のビアが平面視で同一の位置に形成されているため、信号伝送距離の延長を回避することができる。また、複数のビアの各々の形状が鼓状となっているため、応力が集中する部位がビアの配線層との界面から離れた位置となる。この結果、応力集中に伴うビアの剥離を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。但し、ここでは、便宜上、多層回路基板の断面構造については、その製造方法と共に説明する。図１Ａ乃至図１Ｅは、本発明の実施形態に係る多層回路基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００１３】
本実施形態では、先ず、図１Ａに示すように、コア材３１上に、２種類の絶縁膜６及び７を順次形成する。コア材３１には、絶縁基板１と、この絶縁基板１を貫通する導電材５とが設けられている。絶縁基板１の一方の面には、厚さが１８μｍ程度のＣｕ配線２及びＣｕパッド３が形成され、他方の面にはＣｕパッド４が形成されている。本実施形態では、Ｃｕ配線２及びＣｕパッド３が形成されている面上に、絶縁膜６及び７を形成する。
【００１４】
絶縁膜６としては、デスミア液（例えば、アルカリ性過マンガン酸塩を含有する処理液、オキシアルキルアミン類を含有する処理液、酸性フェノールを含有する処理液）によりエッチングされやすい膜、例えばオレフィン系の樹脂を含有する積層用接着剤フィルムを用いる。絶縁膜６の厚さは、例えば２０μｍ程度とする。また、絶縁膜７としては、デスミア液にほとんどエッチングされない膜、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はシアネート樹脂を含有する積層用接着剤フィルムを用いる。このような材料を選択した場合、絶縁膜６を構成する分子が絶縁膜７を構成する分子よりも多量のアルキル基を含むこととなる。但し、絶縁膜６よりもデスミア液によりエッチングされにくい膜であればよい絶縁膜７として用いることができる。絶縁膜７の厚さも、例えば２０μｍ程度とする。このような絶縁膜６及び７は、ラミネートにより形成することができる。絶縁膜６及び７をラミネートした後には、１８０℃で３０分間程度のハーフキュアを行う。
【００１５】
次に、図１Ｂに示すように、絶縁膜６及び７にＣｕパッド３まで到達するビアホール８をレーザ照射により形成する。ビアホール８の直径は、例えば５０μｍ程度とする。なお、ビアホール８の断面形状は、レーザ照射の影響により、図１Ｂに示すように、テーパ状となる。
【００１６】
次いで、デスミア液を用いて、ビアホール８の形成の際に発生したスミアを除去する。この結果、図１Ｃに示すように、絶縁膜６のビアホール８に露出している部分がエッチングされ、絶縁膜６の側面が後退する。即ち、ビアホール８の形状が鼓状となる。また、絶縁膜７の表面が若干粗くなる。その後、無電解めっき法によりＣｕシード層（図示せず）をビアホール８内に形成する。
【００１７】
その後、加熱又は光の照射によって絶縁膜６及び７を硬化させる。即ち、絶縁膜６及び７のキュアを行う。続いて、図１Ｄに示すように、電解フィルビアめっき法によりＣｕビア９をビアホール８内に埋め込むと共に、新たなＣｕ配線２及びＣｕパッド３を絶縁膜７上に形成する。最後にＣｕシード層をエッチングする。
【００１８】
そして、図１Ｅに示すように、絶縁膜６及び７の形成からＣｕビア９の形成等を繰り返し行うことにより、複数層のＣｕ配線２を形成すると共に、複数のＣｕビア９を直線状に積層する。このようにして多層回路基板を完成させる。
【００１９】
このような方法により製造された多層回路基板では、図２に示すように、Ｃｕビア９の形状が鼓状になっているため、絶縁層６及び７とＣｕビア９との熱膨張率の差に応じて生じた内部応力はＣｕビア９のくびれ部１０に集中する。しかし、くびれ部１０はＣｕビア９の中間部であるため、Ｃｕビア９がＣｕパッド３からの剥離により断線する可能性は低くなる。
【００２０】
一方、従来の方法で製造された多層回路基板では、図３に示すように、絶縁層１７とＣｕビア１９との熱膨張率の差に応じて生じた内部応力は、Ｃｕビア１９の底部２０に集中する。そして、底部２０は、Ｃｕビア１９とＣｕパッド１３との界面に相当するため、内部応力によってＣｕビア１９がＣｕパッド１３から剥離することがある。
【００２１】
なお、Ｃｕパッド４側にも多層配線を形成してもよい。また、ビアホール８の形成は、レーザ照射以外の方法によって行ってもよい。更に、絶縁膜６及び７の材料並びに絶縁膜６の側面を後退させる際に用いる溶液の種類も特定のものに限定されない。例えば、絶縁膜６としては、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂及びユリア樹脂等のアルカリに対し高い溶解性を有する樹脂並びにポリエチレン、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂を含有する膜を形成することが好ましい。また、絶縁膜７としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂及びポリベンゾオキサゾール樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂を含有する膜を形成することが好ましい。但し、絶縁膜６の溶解速度が絶縁膜７の溶解速度よりも速くなる溶液を用いる必要はある。
【００２２】
次に、本願発明者が実際に行った実験の結果について説明する。
【００２３】
（実施例）
先ず、両面銅張りコア材に対して、過硫酸アンモニウム系銅エッチング液を用いた処理を行うことにより、直径が１００μｍで、厚さが１８μｍのＣｕパッドを形成した。次に、２枚の絶縁フィルムからなる複合材を１３０℃でコア材上にラミネートした。ラミネートに要する時間は６０分であった。２枚の絶縁フィルムの厚さはいずれも２０μｍであった。また、複合材のラミネートに当たっては、後述のデスミア液に対してエッチングされやすい絶縁フィルムをコア材側に配置し、デスミア液にほとんどエッチングされないが表面は粗化される絶縁フィルムをその上に配置した。次いで、１８０℃で３０分間のハーフキュアを行った。その後、レーザ照射により、直径が５０μｍでＣｕパッドまで到達するビアホールを２枚の絶縁フィルムに形成した。このときのレーザの波長は９．３μｍとし、周波数は１４８Ｈｚとした。
【００２４】
続いて、デスミア液を用いてスミアを除去すると共に、コア材側の絶縁フィルムをエッチングしてその側面を後退させた。次に、無電解めっき液を用いてＣｕシード層、Ｃｕビア及びＣｕ配線を形成した。
【００２５】
その後、同様の処理を繰り返すことにより、４段のＣｕビアを備えたビルドアップ構造の多層回路基板を作成した。このとき、Ｃｕビアの上方に上層のＣｕビアが位置するようにし、４個のＣｕビアの平面視での位置はすべて一致させた。
【００２６】
そして、このように構成された多層回路基板のビア部のインダクタンスを測定したところ、５７ｐＨであった。また、１２５℃から−６５℃までの温度変化を１０００サイクル行う熱サイクル試験を行ったところ、ビアの断線は生じなかった。このように、この実施例では、低インダクタンス及びビアの接続信頼性を両立したスタックビアを形成することができた。
【００２７】
（比較例１）
先ず、上述の実施例と同様にして、Ｃｕパッドを形成した。次に、１枚の絶縁フィルム（厚さ：４０μｍ）を１３０℃でコア材上にラミネートした。ラミネートに要する時間は６０分であった。この絶縁フィルムとしては、上述の実施例における上側の絶縁フィルム（デスミア液にほとんどエッチングされない絶縁フィルム）と同じものを用いた。次いで、１８０℃で３０分間のハーフキュアを行った。その後、レーザ照射により、直径が５０μｍでＣｕパッドまで到達するビアホールを絶縁フィルムに形成した。このときのレーザの波長は９．３μｍとし、周波数は１４８Ｈｚとした。続いて、デスミア液を用いてスミアを除去した。次に、無電解めっき液を用いてＣｕシード層、Ｃｕビア及びＣｕ配線を形成した。
【００２８】
その後、同様の処理を繰り返すことにより、３段のＣｕビアを形成した。このとき、Ｃｕビアの上方に上層のＣｕビアが位置するようにし、３個のＣｕビアの平面視での位置はすべて一致させた。続いて、これらの３個のビアとは相違する位置に１段のビアを形成し、総計で４個のＣｕビアを備えたビルドアップ構造の多層回路基板を作成した。
【００２９】
そして、このように構成された多層回路基板のビア部のインダクタンスを測定したところ、６９ｐＨであった。また、１２５℃から−６５℃までの温度変化を１０００サイクル行う熱サイクル試験を行ったところ、ビアの断線は生じなかった。このように、この比較例１では、インダクタンスが実施例よりも高くなった。
【００３０】
（比較例２）
先ず、上述の実施例と同様にして、Ｃｕパッドを形成した。次に、１枚の絶縁フィルム（厚さ：４０μｍ）を１３０℃でコア材上にラミネートした。ラミネートに要する時間は６０分であった。この絶縁フィルムとしては、上述の実施例における上側の絶縁フィルム（デスミア液にほとんどエッチングされない絶縁フィルム）と同じものを用いた。次いで、１８０℃で３０分間のハーフキュアを行った。その後、レーザ照射により、直径が５０μｍでＣｕパッドまで到達するビアホールを絶縁フィルムに形成した。このときのレーザの波長は９．３μｍとし、周波数は１４８Ｈｚとした。続いて、デスミア液を用いてスミアを除去した。次に、無電解めっき液を用いてＣｕシード層、Ｃｕビア及びＣｕ配線を形成した。
【００３１】
その後、同様の処理を繰り返すことにより、４段のＣｕビアを備えたビルドアップ構造の多層回路基板を作成した。このとき、Ｃｕビアの上方に上層のＣｕビアが位置するようにし、４個のＣｕビアの平面視での位置はすべて一致させた。
【００３２】
そして、このように構成された多層回路基板のビア部のインダクタンスを測定したところ、５９ｐＨであった。また、１２５℃から−６５℃までの温度変化を１０００サイクル行う熱サイクル試験を行ったところ、ビアの断線が生じた。このように、この比較例２では、インダクタンスが実施例と同程度であるものの、ビアの断線による接続不良が発生した。
【００３３】
これらの実施例、比較例１及び比較例２の実験結果を下記表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
なお、特許文献１には、ビアホールの寸法の精度を向上させることを目的として、基板の裏面側にレーザを反射する物質を配置した状態でレーザの照射を行うことにより、
レーザを反射させて鼓状のビアホールを形成することが開示されている。しかし、このような加工は、基板の裏面まで貫通する孔を形成する際にのみ可能であり、複数のビアの積層に応用することはできない。
【００３６】
また、特許文献２には、２枚の両面銅張り板を貼り合わせる際に、これらの間に鼓状のビアを形成することが開示されている。しかし、この方法では、鼓状のビアを設けることができる位置は絶縁層の間のみであり、鼓状のビアを直線状に積層することはできない。従って、この方法を採用した場合には、少なくとも信号伝送距離が長くなるという問題が残る。
【００３７】
また、特許文献３には、次のようにして鼓状のビアを形成する方法が開示されている。先ず、銅箔上に三角錐状の銀ペーストピラーを形成し、これにプリプレグを押圧することにより、ピラーにプリプレグを貫通させる。次に、プリプレグ上にピラーと接する銅箔をおき、これらを熱硬化することにより、２枚の銅箔に挟まれた鼓状のビアを形成する。そして、これらを繰り返すことにより、スタックビアを形成する。しかし、最終的なビアの形状は、ピラーの形状及びプリプレグの押圧方法等により大きく変形するため、所望の形状のビアを得ることは困難である。
【００３８】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００３９】
（付記１）
絶縁材料部及び配線材料部を含む複数の配線層が積層されて構成された多層回路基板において、
各配線層を相互に電気的に接続するビアの形状が、当該ビアの上端及び下端よりも該ビアの中央部位が狭い鼓状になっていることを特徴とする多層回路基板。
【００４０】
（付記２）
前記絶縁材料部の各々は、前記鼓状のビアの最も窪んでいる位置よりも下側に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、
を有することを特徴とする付記１に記載の多層回路基板。
【００４１】
（付記３）
前記第１の絶縁膜を構成する分子は、前記第２の絶縁膜を構成する分子よりも多量のアルキル基を含むことを特徴とする付記１又は２に記載の多層回路基板。
【００４２】
（付記４）
前記第１の絶縁膜は、アルカリに対し高い溶解性を有する樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂を含有し、
前記第２の絶縁膜は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂及びポリベンゾオキサゾール樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂を含有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の多層回路基板。
【００４３】
（付記５）
パッド上に、互いに異なる樹脂成分からなる第１及び第２の絶縁膜の形成及び半硬化を順次行う工程と、
前記第１及び第２の絶縁膜を貫通するビアホールを形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の前記ビアホールに露出する側面を選択的に溶解させることにより、前記ビアホールの形状を、前記第２の絶縁膜の下端部の開口面積が前記第１の絶縁膜の下端部の開口面積より広いものに変化させる工程と、
前記ビアホール内に導電材料で埋め込むことにより、ビアを形成する工程と、
前記第１及び第２の絶縁膜を完全に硬化させる工程と、
を有することを特徴とする多層回路基板の製造方法。
【００４４】
（付記６）
前記ビアホールの形状を変化させる工程と前記ビアを形成する工程との間に、
前記第１及び第２の絶縁膜を硬化させる工程を有することを特徴とする付記５に記載の多層回路基板の製造方法。
【００４５】
（付記７）
前記第１の絶縁膜として、それを構成する分子が前記第２の絶縁膜を構成する分子よりも多量のアルキル基を含む膜を形成することを特徴とする付記５又は６に記載の多層回路基板の製造方法。
【００４６】
（付記８）
前記第１の絶縁膜として、アルカリに対し高い溶解性を有する樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂を含有する膜を形成し、
前記第２の絶縁膜として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂及びポリベンゾオキサゾール樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の樹脂を含有する膜を形成することを特徴とする付記５乃至７のいずれか１項に記載の多層回路基板の製造方法。
【００４７】
（付記９）
前記ビアホールの形状を変化させる工程において、アルカリ性過マンガン酸塩、オキシアルキルアミン類及び酸性フェノールからなる群から選択された１種を含有する溶液で前記第２の絶縁膜の側面を選択的に溶解させことを特徴とする付記５乃至８のいずれか１項に記載の多層回路基板の製造方法。
【００４８】
（付記１０）
前記ビアホールを形成する工程において、前記ビアホールの形状をテーパ状とすることを特徴とする付記５乃至９のいずれか１項に記載の多層回路基板の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る多層回路基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに引き続き、多層回路基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｂに引き続き、多層回路基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｃに引き続き、多層回路基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｄに引き続き、多層回路基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る多層回路基板の構造を示す断面図である。
【図３】従来の多層回路基板の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１：絶縁基板
２：Ｃｕ配線
３、４：Ｃｕパッド
５：導電材
６、７：絶縁膜
【図１Ａ】
2006253189.tif 000004
【図１Ｂ】
2006253189.tif 000005
【図１Ｃ】
2006253189.tif 000006
【図１Ｄ】
2006253189.tif 000007
【図１Ｅ】
2006253189.tif 000008
【図２】
2006253189.tif 000009
【図３】
2006253189.tif 000010