(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面のランドを有する銅配線膜の該ランドに銅箔を母体として形成された銅バンプをその頂面にて熱圧着により接続して該銅バンプを上記銅配線膜と上記銅箔からなる別の銅配線膜との間を接続する層間接続手段とした配線回路基板であって、
上記ランドが上記バンプの頂面における大きさよりも小さな凹部が多数ある形状を有している
ことを特徴とする配線回路基板。
【請求項２】
基板の銅配線膜が形成された表面上に、該銅配線膜表面を部分的に開口させる層間接続用の接続孔を有する層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜上に上記銅配線膜と上記接続孔を通じて接続されたものを含み少なくとも表面は銅からなる金属配線膜が形成され、該金属配線膜の上記接続孔を通じて上記銅配線膜と接続された部分に、銅箔を母体として形成された銅バンプをその頂面にて熱圧着により接続して該銅バンプを上記金属配線膜と上記銅箔からなる銅配線膜とを接続する層間接続手段とした配線回路基板であって、
上記金属配線膜の上記接続孔上の部分における凹部の径が上記銅バンプの頂面における径よりも小さくされてなる
ことを特徴とする配線回路基板。
【請求項３】
上記銅バンプの熱圧着或いは単に加圧により銅配線膜に接続された頂面或いは該頂面を含む表面が粗面化されてなる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の配線回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＩＣ、ＬＳＩ等の電子デバイス実装用の配線回路基板、特に高密度実装を実現できる配線回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人会社は、高密度実装用配線回路基板に関して、金属バンプを層間接続手段等として用いる技術を開発し、種々の提案をしているが、そのうちの一つとして、基板表面の銅配線膜に銅箔を母体として形成された銅バンプをその頂面にて熱圧着により接続して該銅バンプを上記銅配線膜と上記銅箔からなる別の銅配線膜との間を接続する層間接続手段とする技術的思想を、特願２０００−１４２６５８により紹介した。
【０００３】
そして、上記紹介した技術においては、上記銅バンプと上記銅配線膜とは、基本的には、バンプの平坦な頂面と銅配線膜の表面とを熱圧着により接続することとしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記技術において重要な事項の一つは、層間接続手段を成すバンプと銅配線膜との熱圧着による接続の安定性、強度であり、より高い安定性を得ると共に、接続強度を強めることが要求される。配線回路基板の信頼性をより高めるためである。
【０００５】
そのため、本願出願人会社においては、鋭意研究を進めたところ、例えば銅等のバンプと銅等の配線膜とを面同士で接触させて熱圧着する技術では、その間に銅酸化膜等の酸化膜が介在し、その酸化膜がバンプ・配線膜間の接続の安定性を高めたり、強度を強めたりすることを抑止する方向に作用し、その安定性、強度の向上に限界をもたらす要因になっていることが判明した。
【０００６】
そこで、本願出願人会社では、バンプ・配線膜間の接続の安定性、強度の向上の限界を打破すべく鋭意研究を進めたところ、バンプ頂面が配線膜上面のみと接するのではなく、換言すれば、面同士で接触するのではなく、バンプ頂面に配線膜の縁が当たるように熱圧着すれば、上記限界を打破し、上記接続の安定性、強度の向上を図ることができることが判明した。そして、その理由は、バンプ頂面に配線膜の縁が当たるように熱圧着すると、その縁の部分に加圧力の集中が生じ、局部的に強い力を受け、その部分においてバンプ頂面及び配線膜の表面形状が変形し、該該バンプ頂面及び配線膜の表面部の酸化膜が破壊されて新生面が生じ、その新生面にてバンプ・配線膜が酸化膜を介することなく接続されることにあることが判明した。そして、接続の安定性を高めるためには加熱は必ずしも必要ではないが絶縁膜が介した場合は硬化のために加熱が必要であることも判明した。
【０００７】
本発明はこのような研究の結果として生まれたものであり、銅等のバンプを銅等の配線膜に熱圧着により接続した配線回路基板において、その接続の安定性を高め、且つ接続強度を強めることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の配線回路基板は、基板表面のランドを有する銅配線膜の該ランドに銅箔を母体として形成された銅バンプをその頂面にて熱圧着により接続して該銅バンプを上記銅配線膜と上記銅箔からなる別の銅配線膜との間を接続する層間接続手段とした配線回路基板であって、上記ランドが上記バンプの頂部の径よりも小さな径の凹部が多数ある形状を有していることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の配線回路基板は、基板の銅配線膜が形成された表面上に、該銅配線膜表面を部分的に開口させる層間接続用の接続孔を有する層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜上に上記銅配線膜と上記接続孔を通じて接続されたものを含み少なくとも表面は銅からなる金属配線膜が形成され、該金属配線膜の上記接続孔を通じて上記銅配線膜と接続された部分に、銅箔を母体として形成された銅バンプをその頂面にて熱圧着により接続して該銅バンプを上記金属配線膜と上記銅箔からなる銅配線膜とを接続する層間接続手段とした配線回路基板であって、上記金属配線膜の上記接続孔上の部分における凹部の径が上記銅バンプの頂面における径よりも小さくされてなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の配線回路基板は、請求項１又は２記載の配線回路基板において、上記銅バンプの熱圧着或いは単に加圧により銅配線膜に接続された頂面或いは該頂面を含む表面が粗面化されてなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施形態に従って詳細に説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態を示すものであり、（Ａ）は要部を示す断面図、（Ｂ）は銅配線膜の銅バンプとの接続部分及びその近傍の平面形状を示す平面図である。
【００１２】
図面において、１ａは本実施形態の配線回路基板、２は該配線回路基板１ａの絶縁基板、３は該絶縁基板２の一方の表面に形成された銅配線膜で、後述する銅バンプ（５）と熱圧着により接続されるバンプ接続部（ランド）３１ａを有している。４は絶縁基板２の上記銅配線膜３が形成された表面上に形成された層間絶縁膜、５は銅箔を母体として形成された銅バンプであり、銅箔を例えばハーフエッチング（一方の表面からその箔の厚さに至らない深さエッチングすることにより他方の表面側に或る厚さ箔が残るようにするエッチングを指す。）することにより形成される。
【００１３】
そして、該銅バンプ５の頂面或いは該頂面を含む表面は粗面化（粗化）されていた方が良い。というのは、銅バンプ５がその粗面にて銅配線膜或いは層間絶縁膜等と強い接着力を以て接することになるから、該銅バンプ５と銅配線膜、或いは層間絶縁膜との接続性を高めることができ、その接続の安定性を高めることが出来るからである。
これは、配線回路基板全体としての機械的強度を強めることにも繋がる。そして、銅バンプ５の頂面を、或いは該頂面を含む表面を粗面化をすることは、塩酸処理、ＣＺ処理、黒化還元処理等従来から公知の粗面化処理により容易に為し得る。
【００１４】
尚、ハーフエッチング等により上記銅バンプ５、５、・・・が形成された銅箔は、該銅バンプ５、５、・・・を上記絶縁基板２の上記表面に向けた状態で位置決めされ、その状態で上記層間絶縁膜４を介して積層され、熱圧着により上記銅バンプ５、５、・・・が上記銅配線膜３のバンプ接続部３１ａに接続されて上記層間絶縁膜４上に固定される。
６は上記層間絶縁膜４を介して絶縁基板２に積層された状態の銅箔の選択的エッチングにより形成された銅配線膜である。尚、本明細書において、銅配線膜、銅箔等の銅は必ずしも銅の含有率が１００％のもののみを意味せず、銅以外の金属等の物質を含有するものも意味するものとする。
【００１５】
上記配線膜３のバンプ接続部３１ａは、その平面形状が図１（Ｂ）に示すようにメッシュ状にされており、メッシュの間の各凹部７の大きさは銅バンプ５の頂面５ａにおける大きさよりも小さくされている。因みに、図１（Ｂ）における凹部７と頂面５ａとの大きさを比較されたい。
【００１６】
このように、バンプ接続部３１ａの平面形状を、銅バンプ５の頂面５ａにおける大きさよりも小さな凹部７、７、・・・を有するメッシュ形状にするのは、バンプ５をバンプ接続部３１ａに熱圧着により接続するときに、図２に示すように、そのバンプ５の頂面５ａにバンプ接続部３１ａの上縁が当たるようにするためである。
【００１７】
そして、このように、その頂面５ａにバンプ接続部３１ａの上縁が当たるようにするのは、それにより当たった部分に熱圧着の加圧力が局部的に集中し、その集中した加圧力によりバンプ頂面５ａ及びバンプ接続部３１ａの表面が変形し、それ等５ａ、３１ａの表面部の酸化膜が破壊され、それにより新生面３ｚ、５ｚが形成され、その酸化膜のない新生面３ｚ・５ｚ同士を接続することができるので、良好な接続ができ、延いては、銅バンプ５と銅配線膜３との接続の強度を強め、接続の安定性を高めることができるからである。
【００１８】
尚、図３（Ａ）〜（Ｈ）は、図１に示す配線回路基板１ａのバンプ接続部３１ａを含む各バンプ接続部３１の各別の例３１ａ〜３１ｈの平面形状を示す平面図であり、（Ａ）に示すバンプ接続部３１ａは既に説明済みである。（Ｂ）に示すバンプ接続部３１ｂはランド内に銅バンプ５の頂面５ａにおける大きさよりも小さな凹部７を複数設けてなる。複数個設ける意味はバンプ部と凹部が位置がずれても別の凹部とあたりいずれかの凹部にバンプ５が良好に接続されるからである。尚、何れの例３１ａ〜３１ｈにおいてもバンプ５の頂面或いは該頂面を含む表面を粗面化しておくことがより好ましいことはいうまでもない。
【００１９】
図３（Ｃ）は半円弧状のバンプ接続部３１ｃを示し、熱圧着時には銅バンプ５の頂面５ａ（破線で示す）に該半円弧状のバンプ接続部３１ｃの上縁が接する。図３（Ｄ）は一部切り欠き円弧状のバンプ接続部３１ｄを示し、この場合も、図３（Ｃ）に示す場合と同様に、圧着時には銅バンプ５の頂面５ａ（破線で示す）に該一部切り欠き円弧状のバンプ接続部３１ｄの上縁が接する。
【００２０】
図３（Ｅ）は十字状のバンプ接続部３１ｅを示し、熱圧着時には銅バンプ５の頂面５ａ（破線で示す）に該十字状のバンプ接続部３１ｅの上縁が接する。図３（Ｆ）は十字状部分を複数並べた形状のバンプ接続部３１ｆを示し、熱圧着時には銅バンプ５の頂面５ａ（破線で示す）に該バンプ接続部３１ｆの上縁が接する。
図３（Ｇ）は星状のバンプ接続部３１ｇを示し、図３（Ｈ）は星状の凹部を有するバンプ接続部３１ｈを示し、いずれの場合も熱圧着時には銅バンプ５の頂面５ａ（破線で示す）に該バンプ接続部３１ｇ、３１ｈの上縁が接する。
【００２１】
従って、上記のいずれの場合にも、熱圧着により接続する際に、銅バンプ５の頂面５ａにバンプ接続部３１の上縁が当たり、当たった部分に熱圧着の加圧力が局部的に集中し、その集中した加圧力によりバンプ頂面５ａ及びバンプ接続部３１ａの表面の酸化膜が破壊され、それにより新生面３ｚ、５ｚが形成され、その酸化膜のない新生面３ｚ・５ｚ同士を接続することができるので、良好な接続ができ、延いては、銅バンプ５と銅配線膜３との接続の強度を強め、接続の安定性を高めることができるのである。
【００２２】
図４は本発明配線回路基板の第２の実施形態１ｂの要部を示す断面図である。同図において、２は絶縁基板、３は該絶縁基板２の一方の表面に形成された銅配線膜、４は該絶縁基板２の該銅配線膜３が形成された側の表面に形成された層間絶縁膜、１４は該層間絶縁膜４に形成されて銅配線膜３を部分的に開口する接続孔であり、例えばレーザビームを用いての選択的穿孔法により形成される。
【００２３】
１１は上記接続孔１４が形成された層間絶縁膜４上に形成された金属配線膜で、全体が銅からなる、或いは少なくとも表面部が銅メッキ膜からなり、１１ａは該金属配線膜１１の銅バンプ５が接続されるバンプ接続部で、上記接続孔１４上に位置されている。このバンプ接続部１１ａによる凹部１２の大きさは銅バンプ５の頂面５ａにおける大きさよりも小さくされており、従って、銅バンプ５を金属配線膜１１のバンプ接続部１１ａに熱圧着により接続するときその上縁１１ｚが銅バンプ５の頂面５ａに接する。従って、図２により説明したのと同じ原理によって、銅バンプ５のバンプ接続部１１ａとの接続の強度を強め、接続の安定性を高めることができる。尚、本実施の形態１ｂにおいても、銅バンプ５の頂面或いは該頂面を含む表面を粗面化しておくと良いことは、第１実施の形態１ａの場合と同じであり、そうすることにより銅バンプ５とバンプ接続部１１ａとの接続性を高めることができるのである。
【００２４】
図５は本発明の第３の実施の形態１ｃの要部を示す断面図である。同図において、２は絶縁基板、１３ａは該絶縁基板２の一方の表面に形成された、例えば電源ラインを成す銅配線膜であり、例えばメッシュ状或いは平板状に形成されている。１３ｂは上記絶縁基板２の他方の表面に形成された、例えばグランドラインを成す銅配線膜であり、例えばメッシュ状或いは平板状に形成されている。
【００２５】
４ａは上記絶縁基板２の一方の面に形成された層間絶縁膜、５は銅箔の例えばハーフエッチングにより形成された銅バンプで、層間絶縁膜４ａを貫通して銅配線膜１３に熱圧着により接続されている。４ｂは上記絶縁基板２の他方の面に形成された層間絶縁膜で、該層間絶縁膜４ｂにも銅バンプ５が貫通され、それが銅配線膜１３ｂに熱圧着により接続されている。尚、本実施の形態１ｃにおいても、銅バンプ５の頂面或いは該頂面を含む表面を粗面化しておくと良いことは、第１実施の形態１ａ、第２の実施の形態１ｂの場合と同じであり、そうすることにより銅バンプ５と銅配線膜１３ａ、１３ｂとの接続性を高めることができるのである。
【００２６】
本第３の実施の形態１ｃの配線回路基板によれば、メッシュ状或いは平板状の電源ライン１３ａ、アースライン（グランドライン）１３ｂが配線回路基板の表面より深いところに形成されているので、耐ノイズ性を高めることができる。
【００２７】
図６は本発明配線回路基板の第４の実施例１ｄの要部を示す断面図である。２は絶縁基板、３は該絶縁基板２の一方の表面に形成された銅配線膜で、バンプ接続部３１を有している。該バンプ接続部３１は次に述べるバンプ１５が接続されるもので、該バンプ１５の頂面１５ａにおける大きさよりも小さな凹部７を有している。
【００２８】
１６は上記銅配線膜３のバンプ接続部３１にバンプ１５にて接続される電子部品、例えば半導体チップで、該バンプ１５はその一方の表面に金属により形成されている。該バンプ１５を成す金属は、例えば銅、半田、金、或いは銅に、銀、半田、錫、ニッケル又は金からなる金属をメッキしてなるものである。尚、該バンプ１５もその頂面或いは該頂面を含む表面を粗面化しておくと良いことは、第１乃至第３の実施の形態の場合と同じであり、そうすることによりバンプ接続部３１に対する接続性を高めることができる。
【００２９】
該電子部品（例えば半導体チップ）１６は、その各電極を成すバンプ１５を、上記銅配線膜３の該バンプ１５と対応するバンプ接続部３１にあてがい、熱圧着することにより接続されている。そして、バンプ１５の頂面１５ａにおける大きさが上記凹部７の大きさよりも大きくされているので、その熱圧着の際、該凹部７の上縁３２がバンプ１５の頂面１５ａに当たり、図２を参照して説明したように、加圧力の集中が生じて新生面が生じその新生面同士が接続されるようにすることができ、延いては、接続の安定性を高めることができ、接続強度を強めることができるのである。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の配線回路基板によれば、銅配線膜の銅バンプが接続されるランドがバンプの頂部における大きさよりも小さな凹部が多数あるので、その凹部の上縁が熱圧着の際に銅バンプ頂面と接し、その接する部分に加圧力が集中し、その部分においてバンプ頂面及び配線膜の表面の酸化膜が破壊されて新生面が生じ、その新生面にてバンプ・配線膜が酸化膜を介することなく接続される。従って、接続の安定性を高め、強度を強めることができる。そして、凹部を複数設けたので、銅バンプが一つの凹部に対して位置がずれても別の凹部と当たって確実に接続されるように出来るからである。
【００３１】
請求項２の配線回路基板によれば、金属配線膜の、バンプと接続されるところの接続孔上の部分における凹部の径が上記バンプの頂面における径よりも小さくされているので、熱圧着の際に銅バンプ頂面と凹部の上縁との接する部分に加圧力が集中し、その部分においてバンプ頂面及び配線膜の表面の酸化膜が破壊されて新生面が生じ、その新生面にてバンプ・配線膜間が酸化膜を介することなく接続される。従って、接続の安定性を高め、強度を強めることができる。
【００３２】
請求項３の配線回路基板によれば、バンプの頂面或いは該頂面を含む表面が粗面化（粗化）されているので、バンプがその粗面にて銅配線膜或いは層間絶縁膜等と強い接着力を以て接することになり、該バンプと銅配線膜、或いは層間絶縁膜との接続性を高めることができ、その接続の安定性を高めることが出来る。従って、配線回路基板全体としての機械的強度を強めることもできる。そして、バンプの頂面を、或いは該頂面を含む表面を粗面化（粗化）をすることは、塩酸処理、ＣＺ処理、黒化還元処理等従来から公知の粗面化（粗化）処理により容易に為し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態を示すものであり、（Ａ）は要部を示す断面図、（Ｂ）は銅配線膜の銅バンプとの接続部分及びその近傍の平面形状を示す平面図である。
【図２】バンプとバンプ接続部との安定性の高い、強い強度の接続ができる原理を説明する断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｈ）は本発明配線回路基板の銅配線膜のバンプ接続部の平面形状の各別の例を示す平面図である。
【図４】本発明配線回路基板の第２の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図５】本発明配線回路基板の第３の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図６】本発明配線回路基板の第４の実施の形態の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ・・・配線回路基板（各別の実施の形態）、
２・・・基板、３・・・銅配線膜、
３１、３１ａ〜３１ｈ・・・バンプ接続部、
４、４ａ、４ｂ・・・層間絶縁膜、５・・・銅バンプ、
５ａ・・・銅バンプの頂面、６・・・銅配線膜、７・・・凹部、１１・・・金属配線膜、１１ａ・・・バンプ接続部、
１２・・・バンプ接続部の凹部、
１３ａ、１３ｂ・・・グランドライン若しくは電源ラインを成す      銅配線膜、１４・・・接続孔、１５・・・金属バンプ、
１６・・・電子部品（ＩＣチップ）。
【図１】
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【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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