(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスからなるコア部；
前記コア部の上部に形成されＣｕからなる第１の金属薄板；
前記コア部の下部に形成されＣｕからなる第２の金属薄板；
前記第１の金属薄板、前記コア部、及び前記第２の金属薄板を貫通する形態に形成されて、前記第１の金属薄板と前記第２の金属薄板とを電気的に接続させる、Ｃｕからなる金属ライン；及び
前記金属ラインの外周面に形成される中間層；
を含み、
前記中間層は、
Ｃｕ２Ｏ、遷移金属がドープされたＣｕ２Ｏ、及びＣｕと遷移金属を含む金属酸化物のいずれか一種からなることを特徴とする、集積回路パッケージ用基板。
【請求項２】
前記遷移金属は、前記Ｃｕ２Ｏにｘ原子％含まれていることを特徴とする、請求項１に記載の集積回路パッケージ用基板。
ここで、前記ｘの範囲は５＜ｘ＜１０である。
【請求項３】
前記遷移金属は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、及びＴａを含む候補群から選択されたいずれか一種または二種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の集積回路パッケージ用基板。
【請求項４】
前記金属酸化物は、三元系金属酸化物または四元系金属酸化物からなるものであることを特徴とする、請求項１に記載の集積回路パッケージ用基板。
【請求項５】
前記金属酸化物はペロブスカイトからなるものであることを特徴とする、請求項４に記載の集積回路パッケージ用基板。
【請求項６】
前記金属酸化物は、デラフォサイトからなるものであることを特徴とする、請求項４に記載の集積回路パッケージ用基板。
【請求項７】
半導体チップと印刷回路基板との間に介在して前記半導体チップと前記印刷回路基板とを電気的に接続させることを特徴とする、請求項１に記載の集積回路パッケージ用基板。
【請求項８】
前記第１の金属薄板は、前記半導体チップに電気的に接続され、前記第２の金属薄板は、前記印刷回路基板に電気的に接続されることを特徴とする、請求項７に記載の集積回路パッケージ用基板。
【請求項９】
前記第１の金属薄板と前記コア部との間及び前記コア部と前記第２の金属薄板との間にそれぞれ形成されるポリマー層を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の集積回路パッケージ用基板。
【請求項１０】
前記ポリマー層は、ＰＰＧ（プリプレグ）からなるものであることを特徴とする、請求項９に記載の集積回路パッケージ用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路パッケージ用基板に係り、より詳しくは、集積回路パッケージ用基板の上部と下部とを電気的に接続させる金属ラインと、集積回路パッケージ用基板の内部に形成されているガラスとの接合力の向上によって、優れた伝導度及び信頼性を示す集積回路パッケージ用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路パッケージ用基板は、半導体チップを印刷回路基板（ＰＣＢ）と電気的に接続させる中間基板であって、半導体チップと印刷回路基板との間で電気信号を伝達するインターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）である。従来では、このような集積回路パッケージ用基板にＣＣＬ（ｃｏｐｐｅｒ  ｃｌａｄ  ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）が使用されていた。しかし、ＣＣＬからなる集積回路パッケージ用基板では、コア部分が例えば、ガラス繊維が含浸されているポリマー複合体であるＰＰＧ（プリプレグ）からなり、高温変形及び体積弾性率（ｂｕｌｋ  ｍｏｄｕｌｕｓ）などに関する問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するために、ＣＣＬのコア部分として、既存のＰＰＧに代えてフレキシブルガラス、例えば、コーニング社製のウィロー・ガラス（ｗｉｌｌｏｗ  ｇｌａｓｓ）からなるＷＣＣＬ（ｗｉｌｌｏｗ  ｃｏｐｐｅｒ  ｃｌａｄ  ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）が導入された。
【０００４】
一方、集積回路パッケージ用基板の全体に電流が流れるようにするためには、その上部と下部を貫通する孔を開け、この孔の内部をＣｕで満たす工程が必須となる。しかし、孔の内部を無電解めっき（ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  ｐｌａｔｉｎｇ）方式でＣｕ蒸着する際、蒸着されるＣｕとコア部分に形成されているガラスとの接合力が良くないため、その結果、集積回路パッケージ用基板の伝導性が低下し、短絡などが発生するという問題が生じていた。
【０００５】
これを解決するために、Ｃｕ蒸着方式の変更が考慮されたが、Ｃｕが蒸着される孔は集積回路パッケージ用基板の上部と下部を貫通する長くて狭い柱形状、すなわち、アスペクト比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）の高い形状であるため、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のような物理的蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式も、そして高熱を加えた場合に集積回路パッケージ用基板が変形する可能性が高いため化学気相蒸着（ＣＶＤ）方式も、両方とも使用不可能であるという問題があった。
【０００６】
したがって、無電解Ｃｕめっきの際にもＣｕとガラスとの接合力を強化させることができる方法や技術が切実に求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国登録特許公報第１０−０６４８９６８号（２００６.１１.１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、集積回路パッケージ用基板の上部と下部とを電気的に接続させる金属ラインと、集積回路パッケージ用基板の内部に形成されているガラスとの接合力の向上によって、優れた伝導度及び信頼性を示す集積回路パッケージ用基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このために、本発明は、ガラスからなるコア部；前記コア部の上部に形成されＣｕからなる第１の金属薄板；前記コア部の下部に形成されＣｕからなる第２の金属薄板；前記第１の金属薄板、前記コア部、及び前記第２の金属薄板を貫通する形態に形成されて、前記第１の金属薄板と前記第２の金属薄板とを電気的に接続させる、Ｃｕからなる金属ライン；及び前記金属ラインの外周面に形成される中間層を含み、前記中間層は、Ｃｕ２Ｏ、遷移金属がドープされたＣｕ２Ｏ、及びＣｕと遷移金属を含む金属酸化物のいずれか一種からなることを特徴とする集積回路パッケージ用基板を提供する。
【００１０】
ここで、前記遷移金属は、前記Ｃｕ２Ｏにｘ原子％含まれていてよく、前記ｘの範囲は５＜ｘ＜１０である。
【００１１】
また、前記遷移金属は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、及びＴａを含む候補群から選択されたいずれか一種または二種以上であってよい。
【００１２】
そして、前記金属酸化物は、三元系または四元系金属酸化物からなるものであってよい。
【００１３】
このとき、前記金属酸化物はペロブスカイトからなるものであってよい。
【００１４】
また、前記金属酸化物は、デラフォサイトからなるものであってよい。
【００１５】
さらに、前記集積回路パッケージ用基板は、半導体チップと印刷回路基板との間に介在して前記半導体チップと前記印刷回路基板とを電気的に接続させていてよい。
【００１６】
このとき、前記第１の金属薄板は、前記半導体チップに電気的に接続され、前記第２の金属薄板は、前記印刷回路基板に電気的に接続されていてよい。
【００１７】
また、前記第１の金属薄板と前記コア部との間及び前記コア部と前記第２の金属薄板との間にそれぞれ形成されるポリマー層を更に含んでいてよい。
【００１８】
このとき、前記ポリマー層は、ＰＰＧ（プリプレグ）からなるものであってよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、集積回路パッケージ用基板の上部と下部とを電気的に接続させる金属ラインと、集積回路パッケージ用基板の内部に形成されているガラスとの間にＣｕ２Ｏ、遷移金属がドープされたＣｕ２Ｏ、三元系金属酸化物及び四元系金属酸化物のいずれか一種からなる中間層を備えることで、金属ラインとガラスとの接合力を向上させることができ、その結果、優れた伝導度及び信頼性を確保することができる。
【００２０】
また、本発明によれば、金属ラインとガラスとの接合力の向上によって、集積回路パッケージ用基板の歩留まりを向上させることができ、その結果、製造コストも削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る集積回路パッケージ用基板を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る銅金属ラインとＣｕ２Ｏからなる中間層とがなす界面の化学結合を示す模型図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係るＣｕ２Ｏからなる中間層とガラスとがなす界面の化学結合を示す模型図である。
【図４】図４は、Ｃｕとガラスとがなす界面の結合構造（左側）及びＣｕ２Ｏとガラスとがなす界面の結合構造（右側）を示す模型図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係るＴａがドープされたＣｕ２Ｏからなる中間層とガラスとがなす界面の化学結合を示す模型図である。
【図６】図６は、ＺｒがドープされたＣｕ２Ｏとガラスとがなす界面の結合構造（左側）、ＨｆがドープされたＣｕ２Ｏとガラスとがなす界面の結合構造（中間）、及びＴａがドープされたＣｕ２Ｏとガラスとがなす界面の結合構造（右側）を示す模型図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係る集積回路パッケージ用基板について詳しく説明する。
【００２３】
なお、本発明を説明するにあたって、関連した公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断された場合、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
図１に示したように、本発明の実施例に係る集積回路パッケージ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐａｃｋａｇｅ）用基板１００は、半導体チップと印刷回路基板（ＰＣＢ）との間に介在して、これらを電気的に接続させる中間媒介体あるいは中間基板である。このような本発明の実施例に係る集積回路パッケージ用基板１００は、コア部１１０、第１の金属薄板１２１、第２の金属薄板１２２、金属ライン１３０、及び中間層１４０を含む。
【００２５】
コア部１１０は、集積回路パッケージ用基板１００内部の中心領域と定義される。このようなコア部１１０は、ガラス、より詳しくは、フレキシブルガラスあるいは薄板ガラスからなるものであってよい。例えば、コア部１１０は、コーニング社製のウィロー・ガラス（ｗｉｌｌｏｗ  ｇｌａｓｓ）からなるものであってよい。このように、コア部１１０がガラスからなると、従来の集積回路パッケージ用基板のコア部分がＰＰＧから形成された場合に生じていた高温変形の問題や体積弾性率を改善することができる。
【００２６】
第１の金属薄板１２１は、Ｃｕ薄板であって、コア部１１０の上部に形成される。また、第２の金属薄板１２２は、製１の金属薄板１２１と同様のＣｕ薄板であって、コア部１１０の下部に形成される。このような第１の金属薄板１２１は、その上面に配設される半導体チップ（図示せず）に電気的に接続され、第２の金属薄板１２２は、その下面に配設される印刷回路基板（ＰＣＢ）（図示せず）に電気的に接続される。
【００２７】
このような第１の金属薄板１２１及び第２の金属薄板１２２は、無電解銅めっきによってコア部１１０の上部と下部にそれぞれ形成されていてよい。ここで、図示したように、ガラスはコア部１１０をなし、その端部にはポリマー層１５０が形成される。すなわち、第１の金属薄板１２１とコア部１１０との間及びコア部１１０と第２の金属薄板１２２との間にはそれぞれポリマー層１５０が形成される。これにより、第１の金属薄板１２１及び第２の金属薄板１２２は無電解銅めっきによってポリマー層１５０の表面にそれぞれ形成される。このようなポリマー層１５０は、ＰＰＧ（プリプレグ）からなるものであってよい。従来では、このようなポリマー層１５０が集積回路パッケージ用基板の内部全体、すなわち、コア部分と端部分の双方に形成されていたのに対し、本発明の実施例に係る集積回路パッケージ用基板１００の場合は、コア部分に形成されていたＰＰＧに代えてガラスがその位置を占めており、ガラスからなるコア部１１０を端部分のポリマー層１５０が覆う構造をなす。
【００２８】
金属ライン１３０は、集積回路パッケージ用基板１００全体に電流が流れるようにするために形成される。すなわち、集積回路パッケージ用基板１００の上面をなす第１の金属薄板１２１と集積回路パッケージ用基板１００の下面をなす第２の金属薄板１２２との間の電気的接続のために、金属ライン１３０は、図示したように、第１の金属薄板１２１、コア部１１０、及び第２の金属薄板１２２を貫通する形態あるいは垂直方向に挿入された形態で形成される。
【００２９】
本発明の実施例に係る金属ライン１３０はＣｕからなる。例えば、Ｃｕからなる金属ライン１３０は、集積回路パッケージ用基板１００に対する孔あけ加工によって形成された孔に無電解Ｃｕめっき方式で形成される。このような金属ライン１３０を介して、半導体チップ（図示せず）、集積回路パッケージ用基板１００、及び印刷回路基板（図示せず）が互いに電気的に接続される。
【００３０】
一方、本発明の実施例では、このような金属ライン１３０とコア部１１０とがなす界面の間にこれらの接合力を増加させるための中間層１４０が形成され、これについては後でより詳しく説明することにする。
【００３１】
中間層（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ）１４０は金属ライン１３０の外周面に形成される。すなわち、中間層１４０は、金属ライン１３０とコア部１１０とがなす界面の間及び金属ライン１３０と第１の金属薄板１２１、金属ライン１３０と第２の金属薄板１２２とがなす界面の間に形成される。
【００３２】
本発明の実施例に係る中間層１４０は、材料的な特性によって相互間の接合力が良くない、ガラスからなるコア部１１０とＣｕからなる金属ライン１３０との接合力を向上させるための媒介体として働く。本発明の実施例において、このような中間層１４０はＣｕ２Ｏからなる。中間層１４０をなすＣｕ２Ｏは、Ｃｕめっきの過程で一部自然的に生成され、以降Ｃｕを蒸着する際に、活性サイト（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  ｓｉｔｅ）と作用してＣｕ蒸着速度を高めると知られている。図２は、コア部１１０と金属ライン１３０とがなす界面の間にＣｕ２Ｏからなる中間層１４０が形成された場合、金属ライン１３０をなすＣｕと中間層１４０をなすＣｕ２Ｏとの界面でこれらが化学結合（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）をなす態様を示している。また、図３は、コア部１１０と金属ライン１３０とがなす界面の間にＣｕ２Ｏからなる中間層１４０が形成された場合、コア部１１０をなすガラスと中間層１４０をなすＣｕ２Ｏの界面でこれらが化学結合（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）をなす態様を示している。ここで、Ｃｕとガラスとの接合力に影響を及ぼす主要因子は、二つの物質表面間の化学結合の強度であり、この側面から、Ｃｕ２Ｏのような金属酸化物がＣｕよりもガラスと一層強い結合をなすと予想される。なぜなら、ガラスもイオン系（ｉｏｎｉｃ  ｓｙｓｔｅｍ）とみなすことができ、よって、金属中のＣｕよりは酸化物中のＣｕの方がガラス中の酸素とＣｕ−Ｏ結合をなし易いからである。これに加え、Ｃｕ２Ｏ中の酸素とガラス中の金属イオン間の追加的な化学結合を期待することもできる。図４は、Ｃｕとガラスとがなす界面の結合構造（左側）及びＣｕ２Ｏとガラスとがなす界面の結合構造（右側）を示す模型図であり、シミュレーション検証結果、Ｃｕとガラスとがなす界面の吸着エネルギーは１．１７９Ｊ／ｍ２と測定され、Ｃｕ２Ｏとガラスとがなす界面の吸着エネルギーは３．１１５Ｊ／ｍ２と測定された。すなわち、Ｃｕ２Ｏとガラスとの接合力は、Ｃｕとガラスとの接合力よりも約２．７倍高いことが確認された。
【００３３】
このように、Ｃｕ２Ｏからなる中間層１４０が一方側に接するＣｕからなる金属ライン１３０と化学結合をなし、他方側に接するガラスからなるコア部１１０とも化学結合をなすようになることで、結果的に、金属ライン１３０とコア部１１０とは、中間層１４０を介して、優れた接合力を示すようになる。
【００３４】
また、本発明の実施例において、中間層１４０は、遷移金属がドープされたＣｕ２Ｏからなる。Ｃｕとは異なり、特定の遷移金属の場合、ガラスと優れた接合力を示す。これは、これらの遷移金属がガラス中の酸素と共有結合（ｃｏｖａｌｅｎｔ  ｂｏｎｄｉｎｇ）を活発になすことができる電子構造を持っているからである。ここで、前記特定の遷移金属は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、及びＴａを含む候補群から選択されたいずれか一種または二種以上であってよい。本発明の実施例において、これらの遷移金属は、Ｃｕ２Ｏにｘ原子％（５＜ｘ＜１０）ドープされていてよい。前記範囲で遷移金属がＣｕ２Ｏにドープされると、全体的な化学結合の強度がより強くなることがある。図５は、コア部１１０と金属ライン１３０とがなす界面にＴａがドープされたＣｕ２Ｏからなる中間層１４０が形成された場合における、コア部１１０をなすガラスと中間層１４０をなすＴａがドープされたＣｕ２Ｏの界面でこれらが化学結合をなす態様を示している。このように、中間層１４０が特定の遷移金属がドープされたＣｕ２Ｏからなる場合、中間層１４０がＣｕ２Ｏからなる場合と同様に、中間層１４０が一方側の金属ライン１３０及び他方側のコア部１１０とそれぞれ化学結合をなすようになることで、金属ライン１３０とコア部１１０とは優れた接合力を示すようになる。
【００３５】
図６は、ドープされる遷移金属の種類によるガラスとの接合力を検証するためのものであって、ＺｒがドープされたＣｕ２Ｏとガラスとがなす界面の結合構造（左側）、ＨｆがドープされたＣｕ２Ｏとガラスとがなす界面の結合構造（中間）、ＴａがドープされたＣｕ２Ｏとガラスとがなす界面の結合構造（右側）を示す模型図である。シミュレーション検証結果、Ｚｒの場合、ガラスとなす界面の吸着エネルギーは４．９７５Ｊ／ｍ２と測定された。これは、遷移金属がドープされていないＣｕ２Ｏとガラスとがなす界面の吸着エネルギー３．１１５Ｊ／ｍ２よりも向上し、Ｃｕとガラスとがなす界面の吸着エネルギーよりも約４．２倍向上した結果を示すが、ドーピング含量が４．２原子％であるときに吸着エネルギー向上の限界を示した。一方、ＨｆとＴａの場合、ガラスとなす界面の吸着エネルギーはそれぞれ５．０５６Ｊ/ｍ２、５．２３４Ｊ／ｍ２と測定された。すなわち、ＨｆとＴａの場合、ドーピング含量が５．６原子％であり、Ｃｕとガラスとがなす界面の吸着エネルギーよりもそれぞれ４．３倍及び４．４倍向上した吸着エネルギーを有すると示され、ドーピング含量が高くなるほど吸着エネルギー値の増加、すなわち、接合力が増加する傾向を見せた。よって、５原子％＜ｘ＜１０原子％の範囲でＨｆ及びＴａをドープした場合、４．３倍、４．４倍以上の接合力向上効果を期待することができる。すなわち、遷移金属の中でもＨｆやＴａがドープされたＣｕ２Ｏからなる中間層１４０を備える場合、Ｃｕからなる金属ライン１３０とガラスからなるコア部１１０との接合力は、ＺｒがドープされたＣｕ２Ｏからなる中間層を備えるときよりも優れた接合力を示すことが検証された。
【００３６】
そして、本発明の実施例において、中間層１４０はＣｕと遷移金属を含む金属酸化物からなる。このとき、中間層１４０は、三元系または四元系金属酸化物からなるものであってよい。中間層１４０が三元系金属酸化物からなる場合、中間層１４０はデラフォサイト（ｄｅｌａｆｏｓｓｉｔｅ）からなるものであってよい。例えば、中間層１４０はＣｕＣｒＯ２からなるものであってよい。また、中間層１４０が四元系金属酸化物からなる場合、中間層１４０はペロブスカイト（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）からなるものであってよい。例えば、中間層１４０は、Ｃｕ３ＣａＴｉ４Ｏ１２からなるものであってよい。このような中間層１４０は、Ｃｕ２Ｏからなる中間層１４０と遷移金属がドープされたＣｕ２Ｏからなる中間層１４０との混合した形態であるため、一方側の金属ライン１３０及び他方側のコア部１１０とそれぞれ強力な化学結合をなすようになり、その結果、金属ライン１３０とコア部１１０とは優れた接合力を示すようになる。
【００３７】
上述したように、本発明の実施例に係る集積回路パッケージ用基板１００は、Ｃｕからなる金属ライン１３０とガラスからなるコア部１１０との間にこれらのそれぞれと化学結合をなすＣｕ２Ｏ、遷移金属がドープされたＣｕ２Ｏ、及びＣｕと遷移金属を含む三元系または四元系金属酸化物のいずれか一種からなる中間層１４０を備える。これにより、集積回路パッケージ用基板１００は、金属ライン１３０とコア部１１０との接合力を向上させ、優れた伝導度及び信頼性を確保することができ、さらには、歩留まりの向上及び製造コストも節減することができる。
【００３８】
一方、本発明の実施例では、金属ライン１３０と第１の金属薄板１２１とがなす界面、金属ライン１３０と第２の金属薄板１２２とがなす界面の間にも中間層１４０が形成される。この部分に形成される中間層１４０は、金属ライン１３０とコア部１１０とがなす界面の間に中間層１４０が形成されることにより、金属ライン１３０と第１の金属薄板１２１とがなす界面、金属ライン１３０と第２の金属薄板１２２とがなす界面の間に形成されるギャップ（ｇａｐ）を充填する役割をするようになる。このとき、図２に図示したように、中間層１４０は、Ｃｕと化学結合をなすようになるため、この部分に形成される中間層１４０の両側はいずれもＣｕと化学結合をなすようになり、金属ライン１３０と第１及び第２の金属薄板１２１、１２２もまた、安定した接合力を示すようになる。
【００３９】
以上、本発明を限定された実施例や図面に基づいて説明してきたが、本発明は前記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であればこのような記載から種々の修正及び変形が可能である。
【００４０】
よって、本発明の範囲は説明された実施例に限定されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なもの等によって決められるべきである。
【符号の説明】
【００４１】
１００：集積回路パッケージ用基板
１１０：コア部
１２１：第１の金属薄板
１２２：第２の金属薄板
１３０：金属ライン
１４０：中間層
１５０：ポリマー層
【図１】
0006729601.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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