(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と導体配線層が交互に積層してなる多層構造を有し、上下の導体配線層を接続するビアホールをめっきにて形成する多層配線基板の製造方法において、
絶縁層に孔を形成し、下部導体配線層を露出させる工程と、
露出した下部導体配線層表面を活性化し、無電解めっきにて所定の厚にめっきを成長させ、孔内部をアスペクト比が１．０以下となるよう途中までめっき金属で埋める工程と、
その後、残りの孔内部をアルカリ処理を行い、孔側面ならびに底部表面に無電解めっきのための触媒を付与し、孔側面ならびに底部表面に無電解めっき層を形成する工程と、
電気めっきにて孔をめっき金属で埋める工程と、
を含み、該絶縁層がポリイミド樹脂であることを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記ビアホールが径２０μｍ程度であることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項３】
該無電解めっきのための触媒水溶液がパラジウムアンモニア水溶液であり、そのｐＨが７から９であることを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の方法で製造されたことを特徴とする多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリイミド等の樹脂からなる絶縁層と導体配線層が交互に積層してなる多層構造を有する多層配線基板の製造方法に関し、特に、半導体素子搭載用インターポーザに用いられ、微小径ビアホールをめっきにて形成する多層配線基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体大規模集積回路（ＬＳＩ）等の半導体素子ではトランジスターの集積度が高まり、その動作速度はクロック周波数で１ＧＨｚに達するものが、また、入出力端子数では１０００を越えるものが出現するに至っている。
【０００３】
半導体素子をプリント配線基板に実装するために、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）等のインターポーザが開発され、実用化されている。図３はＢＧＡ構造のインターポーザに半導体素子を搭載し、プリント配線基板へ実装した一例を示したものである。
【０００４】
ガラス布にエポキシ樹脂等を含浸した銅貼基板やセラミック基板２７ａをベースに、絶縁層、導体配線層を交互に積層した多層配線基板２７の片側表面に金等でバンプ２３が形成され、半導体素子２１の電極と電気接続が取られている。また、反対表面には金等で表面処理されたパッド２４が形成され、半田ボール２６を介してプリント配線基板の導体配線層２５上に半田接続されている。
【０００５】
このような多層配線基板は銅貼り基板やセラミック基板上に絶縁樹脂層と導体配線層を交互に積み上げて形成される。この工法にて作製された多層配線基板の絶縁層は、ポリイミド等の樹脂を塗布することにより形成し、薄膜化することができる。また、導体配線層はめっきで形成でき、微細配線が可能となる。一方、上下の導体配線層を接続するビアホールはレーザ加工等にて孔を形成し、内部をめっきで埋めることにより形成できる。このため、従来の銅貼り基板を一括積層する多層プリント配線基板、あるいは、グリーンシートを積層して一括焼成するセラミック多層配線基板に比べ、高配線密度化、薄膜化、小型化を図ることができる。
【０００６】
また、これとは別に、従来の多層プリント配線基板に銅箔付ポリイミドフィルムを接着剤で貼り合わせた構成のものも提案されている。この構成においても、銅箔の薄さから微細配線を形成することが可能となり、同じように、高配線密度化、薄膜化、小型化を図ることができる。
【０００７】
絶縁材料としては、耐熱性、信頼性の点でポリイミド系樹脂の要求が高い。
【０００８】
半導体素子内の処理速度が高まるにつれ、インターポーザ内を伝送する信号も高速化の要求が高まってきている。これとともに、半導体素子の入出力端子数も増加の傾向にあり、インターポーザとの接続方法は、ワイヤーボンディングでは対応しきれなくなり、格子配列のフリップチップ接続が必要となる。このため、インターポーザ内の接続端子からの配線の引き回しが単層では困難になり、少なくとも２層に分けて配線を行う必要が出てくる。一方、信号の高速化に対応するため、配線のマイクロストリップ構造やストリップ構造、あるいは、コプレナー構造を採用する必要が出てくることになり、インターポーザの構造はますます多層化の方向にある。
【０００９】
しかしながら、インターポーザを製造する側からみると、総数の増加は製造収率を著しく落とすことになる。このため、いかにして配線を効率的に配置させ、層数を減らす設計を行うかが重要になってくる。効率的な配線を形成するための手段の一つとして、ビアホールのランド径を小さくする、すなわち、ビアホールの径自体を小さくすることがあげられる。
【００１０】
近年、エキシマーレーザやＹＡＧ第３高調波、第４高調波を用いたレーザ加工機の導入が盛んになり、微小径の孔形成が容易になってきた。孔径の微細化が進むにつれて、孔のアスペクト比（深さを径で割った値）が高くなり、その値は１．５以上のものも出てきている。
【００１１】
ビアホールを形成する際、レーザ等で孔を形成して、下部導体配線層表面を露出させた後、無電解銅めっき等で電気めっきのシード層を形成し、それを電極にして孔内部の側面や底部に一定厚のめっき形成を行う。近年では、高速信号を通すため、あるいは、ビアホール直上へビアホールを形成して配線の自由度を上げる目的で、孔内部をめっき金属で埋めてしまう、フィルドビアめっきが注目されている。
【００１２】
しかし、フィルドビアめっきでは、電流波形制御や添加剤によって選択的に孔内部にめっき金属を析出させる手法をとっているが、問題なく埋まるか否かは孔のアスペクト比に大きく影響しおり、その値がおおよそ１．０以下であることが分かっている。アスペクト比が１．０以上になると、孔の開口部が先にめっきで塞がれてしまい、結果的にビアホール内部に空隙が残るという問題が発生してしまう。
【００１３】
このような問題点を改善するために、孔底部の下地導体配線層を露出させた後、露出金属面を活性化させ、底面から無電解銅で金属層を成長させ、ビアホールを形成する方法が提案されている。この手法を用いると、高アスペクト比を持つ孔であっても、空隙を発生させることなくめっきすることが可能である。また、孔形成時に樹脂残さが存在する場合はめっきが析出せず、早期に不良を発見できる利点がある。
【００１４】
しかしながら、無電解銅めっきにて孔内全部を埋めるには、たとえば、３０μｍ深さの孔の場合、１０時間以上かかってしまい量産性に問題がある。また、この無電解銅めっき層は底部の導体配線層とは接着しているが、側面の樹脂層とは接着力がなく、ビアホールとしての接続信頼性に問題がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、高アスペクト比を有する微小径ビアホールを、高速で、かつ、接続信頼性のある多層配線基板及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明において上記の課題を達成するために、請求項１の発明では絶縁層と導体配線層が交互に積層してなる多層構造を有し、上下の導体配線層を接続するビアホールをめっきにて形成する多層配線基板の製造方法において、
絶縁層に孔を形成し、下部導体配線層を露出させる工程と、
露出した下部導体配線層表面を活性化し、無電解めっきにて所定の厚にめっきを成長させ、孔内部をアスペクト比が１．０以下となるよう途中までめっき金属で埋める工程と、
その後、残りの孔内部をアルカリ処理を行い、孔側面ならびに底部表面に無電解めっきのための触媒を付与し、孔側面ならびに底部表面に無電解めっき層を形成する工程と、
電気めっきにて孔をめっき金属で埋める工程と、
を含み、該絶縁層がポリイミド樹脂であることを特徴とする多層配線基板の製造方法としたものである。
また、請求項２の発明では前記ビアホールが径２０μｍ程度であることを特徴とする請求項３記載の多層配線基板の製造方法。
更に、請求項３の発明では該無電解めっきのための触媒水溶液がパラジウムアンモニア水溶液であり、そのｐＨが７から９である請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の多層配線基板及びその製造方法は、基本的には、次の通りである。
【００１８】
下部導体配線層上の絶縁層表面からレーザにてビアホール形成のための孔をあける。レーザにおける樹脂と金属の加工速度の差により、孔形成は下部導体配線層上で停止される。レーザの種類としては、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧ（基本波、第２高調波、第３高調波、第４高調波）レーザ、エキシマーレーザ等が上げられるが、微細孔を形成するには４００ｎｍ以下の短波長レーザであるＹＡＧ第３高調波、第４高調波ならびにエキシマーレーザが好ましい。また、高アスペクト比を有する微細孔を形成することが可能であれば、感光性樹脂を用いても良い。
【００１９】
レーザ加工により露出した銅などの下部導体層表面を希塩酸等で表面を活性化するか、あるいは、無電解めっき触媒であるパラジウム水溶液に処理することにより、銅との置換反応で導体配線層上にパラジウム金属を析出させ、その後の無電解銅めっきの開始点を形成する。
【００２０】
その後、無電解銅めっきにて下地導体配線層からめっき金属を成長させる。孔の底部並びに側面に無電解銅めっきにてシード層を形成し、それを電極として電気銅めっきにてビアホールを形成する方法に比べ、本方法では孔底部の導体金属がめっきの起点となるため、確実に下地導体配線層とビアホールを接続することができる。電気銅めっきで孔全体をめっき形成する方法では、シード層形成時に、パラジウムイオンを吸着させ、さらに、還元剤により金属パラジウムに還元させる手法をとっている。このため、レーザ加工時に下地導体配線層が露出していなくてもビアホール内部にめっきが形成してしまう。これに対し、無電解銅めっきで孔全体をめっきで埋める方法では、下地導体配線層からめっき成長させるため接続は確実に行うことができる。
【００２１】
しかし、この方法では、めっき析出速度が１〜３μｍ／時間であるため、仮に絶縁層厚が３０μｍの場合、めっき時間が１０時間以上かかってしまい、生産性に欠けてしまう。また、孔側面の絶縁層とは密着性がとれないため、ビアホールとしての信頼性に欠けてしまう。
【００２２】
このため、本発明では、無電解銅めっきで孔全部を埋めるのではなく、途中で下地からの析出を止め、その後に、孔内部全体に電気銅めっきのためのシード層を形成し、電気銅めっきにて残りの孔内部をめっき金属で埋める。無電解銅めっきを停止するめっき厚の目安としては、停止後の孔のアスペクト比が１．０以下になるところが好ましい。たとえば、絶縁層厚が３０μｍで２０μｍ径の孔の場合、下地導体配線層からの無電解銅めっき厚を１０μｍにて停止させ、深さ２０μｍ、径２０μｍの孔内部を電気銅めっきにて埋める。
【００２３】
絶縁材料としてポリイミドを用いる場合、電気銅めっきのためのシード層は密着強度が得られない。このため、本発明では、下地導体配線層から成長させた無電解銅めっきを止めた後、アルカリ処理を行う。これにより、孔側面に露出しているポリイミドのイミド環を開環させ、カルボキシル基とアミノ基が表面に形成されるため、シード層形成のためのパラジウム金属との密着性を向上することができる。
【００２４】
アルカリ処理後は、パラジウムイオンを吸着させ、還元剤にて金属パラジウムに還元し、それを触媒として無電解銅めっきを析出させ、その後の電気銅めっきのシード層とする。通常、パラジウムイオンを吸着させる処理液は塩化パラジウムの塩酸水溶液を用いるが、溶液のｐＨが低い場合、カルボキシル基はイオン化せず、パラジウムイオンとの静電的相互作用を持たせることができない。このため、アンモニアを用いて処理液をｐＨ７から９にすることが好ましい。なぜなら、アンモニアが配位子となりｐＨ７から９においてもパラジウム水酸化物になることを抑えるからである。
【００２５】
さらに、定法のフィルドビアめっきを電気銅めっきにて行う。これにより、高速でビアの接続信頼性の高い、高アスペクト、微小径ビアホールを形成することが可能となる。
【００２６】
【実施例】
以下、２つの実施例を用いて説明する。
【００２７】
＜多層配線基板の製造方法の第１の実施例＞
多層配線基板の製造方法の第１の実施例を、高アスペクト比を有する微小径ビアホール周辺部に焦点を当てて、図１の（ａ）〜（ｈ）の流れに従って説明する。
【００２８】
図１（ａ）に示す、電気配線層２を有するセラミック多層配線基板１上に、絶縁層３としてポリイミド樹脂液（宇部興産（株）製ユピファイン）をスクリーン印刷にて塗布し、１００℃／３０分、１８０℃／１０分、３５０℃／３０分でイミド化を行った（図１（ａ））。イミド化後の膜厚は導体配線層上で３０μｍであった。
【００２９】
図１（ｃ）に示すように、ＫｒＦエキシマーレーザにて径２０μｍのビアホール形成のための孔４をあけた。このとき、下部導体配線層となる銅表面５には樹脂残さは見られなかった。さらに、０．０５％の塩化パラジウムの塩酸水溶液に孔内部をさらすことにより、下部導体配線層表面５には銅との置換反応でパラジウム金属が析出した（図示せず）。
【００３０】
図１（ｄ）に示すように、無電解銅めっきにて孔の下部から約１０μｍのめっき金属６を成長させた。
【００３１】
さらに、配線基板を５０℃の３ｍｏｌ／ｌ水酸化カリウム水溶液に１０分浸漬し、あらかじめ、アンモニア水にてｐＨ９に調整した０．０５％の塩化パラジウム水溶液に浸漬し、さらに、水素化ホウ素ナトリウムにてパラジウムを還元した。その後、無電解銅めっきにて、図１（ｅ）に示すように、孔内部の底部や側面、および、基板表面に無電解銅めっき層７を形成した。
【００３２】
図１（ｆ）に示すように、電気銅めっきにて孔内部、および、基板表面に銅めっき層を形成した。このときの基板表面の銅厚は１０μｍであった。また、基板表面のめっき層の９０°ピール強度は約６００ｇ／ｃｍであり、ビアホール側面も同様の強度があるものと考えられる。無電解銅めっき液や電気銅めっき液組成は特に限定するものではなく、めっき金属特性や析出速度に応じて適当なものを用いることができる。
【００３３】
図１（ｇ）に示すように、基板表面のめっき層を定法のフォトエッチング工程にて導体配線層９を形成した。
【００３４】
図１（ｈ）に示すように、図１（ｂ）から図１（ｇ）の工程を再度繰り返すことにより、上層の絶縁層１０と導体配線層１２、ならびに、導体配線層９と１２を接続するビアホール１１を形成し、多層配線基板を形成した。さらに、同様の工程を繰り返すことにより、より多層の多層配線基板を製造することも可能である。
【００３５】
＜多層配線基板の製造方法の第２の実施例＞
多層配線基板の製造方法の第２の実施例を、高アスペクト比を有する微小径ビアホール周辺部に焦点を当てて、図２の（ａ）〜（ｈ）の流れに従って説明する。
【００３６】
図２（ａ）に示す、電気配線層２を有する多層プリント配線基板１上に、絶縁層として厚さ２５μｍのポリイミドテープ３（宇部興産（株）製ユーピレックス）をポリイミド接着剤シート３ａ（宇部興産製）を介して１３０℃にてラミネートし、その後、１８０℃／１時間で硬化させた（図２（ｂ））。硬化後の膜厚は導体配線層上でポリイミド接着剤層５μｍ、ポリイミドテープ層２５μｍの計３０μｍであった。
【００３７】
図２（ｃ）に示すように、ＹＡＧレーザの第４高調波の光にて径２０μｍのビアホール形成のための孔４をあけた。このとき、下部導体配線層となる銅表面５には樹脂残さは見られなかった。さらに、０．０５％の塩酸水溶液に孔内部をさらすことにより、下部導体配線層表面５を活性化させた。
【００３８】
図２（ｄ）に示すように、無電解銅めっきにて孔の下部から約１０μｍのめっき金属６を成長させた。
【００３９】
さらに、配線基板を５０℃の３ｍｏｌ／ｌ水酸化カリウム水溶液に１０分浸漬し、あらかじめ、アンモニア水にてｐＨ９に調整した０．０５％の塩化パラジウム水溶液に浸漬し、さらに、水素化ホウ素ナトリウムにてパラジウムを還元した。その後、無電解銅めっきにて、図２（ｅ）に示すように、孔内部の底部や側面、および、基板表面に無電解銅めっき層７を形成した。
【００４０】
図２（ｆ）に示すように、電気銅めっきにて孔内部、および、基板表面に銅めっき層を形成した。このときの基板表面の銅厚は１０μｍであった。また、基板表面のめっき層の９０°ピール強度は約６００ｇ／ｃｍであり、ビアホール側面も同様の強度があるものと考えられる。無電解銅めっき液や電気銅めっき液組成は特に限定するものではなく、めっき金属特性や析出速度に応じて適当なものを用いることができる。
【００４１】
図２（ｇ）に示すように、基板表面のめっき層を定法のフォトエッチング工程にて導体配線層９を形成した。
【００４２】
図２（ｈ）に示すように、図２（ｂ）から図２（ｇ）の工程を再度繰り返すことにより、上層の絶縁層１０と導体配線層１２、ならびに、導体配線層９と１２を接続するビアホール１１を形成し、多層配線基板を形成した。さらに、同様の工程を繰り返すことにより、より多層の多層配線基板を製造することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果がある。
【００４４】
第１に、高アスペクト比を有する微小径ビアホールを空隙を発生させずに安定に形成できるため、多層配線基板の高配線密度化、基板の設計自由度の向上を図ることができるという効果がある。
【００４５】
第２に、下地導体配線層から無電解銅めっきにてめっき金属を析出するため、下地導体配線層とめっき金属を安定して接続することができ、さらには、途中で電気めっきに切り替えるためビアホール形成時間を短縮することができるという効果がある。
【００４６】
第３に、パラジウムアンモニア水溶液を用いることにより、孔側面の絶縁層とめっき金属との接着性向上が可能になるため、ビアホールの接続信頼性が向上するという効果がある。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層配線基板及びその製造方法を示す断面図。
【図２】本発明の多層配線基板及びその製造方法を示す断面図。
【図３】従来の多層配線基板に半導体素子を搭載し、プリント配線基板に実装した構造を示す断面図。
【符号の説明】
１…ベース基板
２…導体配線層
３…絶縁層
３ａ…接着剤層
４…孔
５…下部導体配線層
６…無電解銅めっき層
７…無電解銅めっき層
８…電気銅めっき層
９…導体配線層
１０…絶縁層
１１…ビアホール
１２…導体配線層
２１…半導体素子
２２…パッド
２３…バンプ
２４…パッド
２５…導体配線層
２６…半田ボール
２７ａ…ベース基板
２７ｂ…多層配線層
２８…ビアホール
２９…下部導体配線層
３０…スルーホール
３１…プリント配線基板
【図１】
0004003400.tif 000002
【図２】
0004003400.tif 000003
【図３】
0004003400.tif 000004