(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一絶縁層上にフォトエッチング法で形成された、配線パターンと第二配線層と接続されるバイア用ランドとを有する第一配線層と、第一配線層上に液状樹脂を硬化させて形成される第二絶縁層と、第二絶縁層上に形成される第二配線層と、第二絶縁層を貫通し、前記第一配線層と第二配線層を接続するバイアを有する、半導体チップを直接搭載し半導体装置とする、半導体装置用基板において、
前記第一配線層の、第二配線層と接続されるバイア用ランドを除く配線パターンにはレジストを残存した状態で、前記バイア用ランドだけに、平均深さが３μｍ以上の凹凸を形成していることを特徴とする半導体装置用基板。
【請求項２】
前記バイアが、めっきにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用基板。
【請求項３】
第一絶縁層上にフォトエッチング法にて、配線パターンと第二配線層と接続されるバイア用ランドとを有する第一配線層を形成する工程と、第一配線層上に液状樹脂を硬化させることにより、バイア部が除去された第二絶縁層を形成する工程と、第二絶縁層上に形成される第二配線層及び第二配線層と第一配線層を接続するバイアを形成する工程と、を含む、半導体チップを直接搭載し半導体装置とする、半導体装置用基板の製造方法において、
前記バイア形成工程より前に、第二配線層と接続されるバイア用ランドを除く配線パターンにはレジストを残存した状態で第一配線層上面の、前記バイアと接続される部分だけに、中心線平均粗さが３μｍ以上の凹凸を形成する工程を行うことを特徴とする半導体装置用基板の製造方法。
【請求項４】
前記第二絶縁層上に形成される第二配線層及び第二配線層と第一配線層を接続するバイアを形成する工程を、めっきにより行うことを特徴とする請求項３記載の半導体装置用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビルドアップ法を用いた高密度な配線が可能な半導体装置用基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピューター等に代表されるように、電子機器に小型化、薄型化が求められている。そのため、内部のプリント配線板にも、小型化、薄型化が求められ、それを実現するために、配線パターンの幅は細く、間隙は小さく、配線層の多層化、配線層間を接続するバイアの小径化という、いわゆる高密度配線が求められている。
また、薄型化に伴う薄い絶縁層、薄い配線層を形成するために、薄い絶縁基板や薄い銅箔を用いると、材料コストが上昇する。
これらの問題を解決したプリント配線板として、ビルドアップ法を用いたプリント配線板が知られている。この方法は絶縁性基板上に配線パターンを形成し、その上に絶縁層を形成し、さらにその上に配線パターンを形成し、さらに絶縁層を形成するという工程を繰り返すことにより、多層プリント配線板を形成するというものである。
【０００３】
このプリント配線板は、リードフレーム上に半導体チップを搭載し、樹脂封止して得られるＩＣパッケージや、抵抗部品、コンデンサ部品等の電子部品を搭載するという、親基板としての用いられ方ばかりでなく、単数、もしくは複数の半導体チップを直接搭載し、ボール・グリッド・アレー（ＢＧＡ）やピン・グリッド・アレー（ＰＧＡ）等の形態で、半導体装置として親基板に搭載される半導体装置用基板としても用いられている。これらの半導体装置はマルチチップモジュール（ＭＣＭ）、シングルチップモジュール（ＳＣＭ）とも呼ばれている。
ビルドアップ法を用いたプリント配線板の例を、図４に従って説明する。まず図４（ａ）のように、ガラスエポキシ基板等のリジッドな材料からなる絶縁基板（第一絶縁層）５１上に第一配線層５２を形成する。この場合、両面銅張ガラスエポキシ基板を用いて、エッチングにより配線パターンを形成するという方法が簡易でよい。続いて、図４（ｂ）のように、感光性エポキシ樹脂を塗布し、第二絶縁層５３を形成し、バイアホールを形成する部分５４の感光性エポキシ樹脂を露光、現像して取り除く。このように露光、現像工程でバイアホールを形成することにより、微細なバイアホールを得ることができる。
【０００４】
なお、絶縁層の形成にあたっては樹脂を塗布するという方法が、均一な厚さで簡易に絶縁層を形成できるという点からみて好ましく、塗布方法としてはスクリーン印刷法、カーテンコート法やスピンコート法が適用されている。絶縁層の材料としては他にポリイミド樹脂、アクリル樹脂等が用いられる。なお、上述のように感光性樹脂を用い、露光、現像工程でバイアホールを形成する方法ではなく、炭酸ガスレーザーや、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー等のレーザーを用いて、絶縁樹脂にバイアホールを形成する方法を採用してもよい。この場合、絶縁樹脂は感光性材料である必要はない。そして、図４（ｃ）のように、第二絶縁層５３上に無電解めっき、電解めっきによって銅箔を形成し、バイア５５を設け、形成された銅箔をエッチングすることにより第二配線層５６を形成する。この際、無電解めっきは、絶縁層上に導電性を付与し、電解めっきが可能となるようにするために行うものである。なお、配線パターン形成には、サブトラクティブ法及びアディティブ法のいずれもが適用できる。
【０００５】
次に、図４（ｄ）に示すように、第三絶縁層５７を全面に形成し、バイアホール部を露光現像する。形成の方法は、図４（ｂ）の工程で用いた方法と同様でよい。さらに、ドリルを用いてスルーホール用の貫通孔５８を形成する。そして、図４（ｃ）と同様の工程でめっきを行い、バイア５９及びスルーホール６０を形成する（図４（ｅ））。この場合、スルーホール６０は配線パターンの高密度形成の障害とならないように、なるべく孔径が小さいほうが好ましい。
続いて、エッチングにより第三配線層６１を形成する。この際に表層配線層を形成した側と反対の面の銅箔も同時にエッチングして、電源層のパターン６２とする。そして、第三配線層６１、電源層のパターン６２を保護するソルダーレジスト６３を設けて、プリント配線板が完成する（図４（ｆ））。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図４（ｃ）のバイア５５付近を拡大した図が、図３である。第一配線層のバイア用ランド４１上の絶縁樹脂が除去されて第二絶縁層５３が形成され、めっき等により銅層が形成される。この銅層はエッチングされ、第二配線層５６となる。
ところが、配線の高密度化のため、バイアの径が小さくなると、バイア用ランド４１と、その上に形成した第二配線層５６との間の部位４２で、即ち図３の破線部分で、剥離が生じやすいという問題があった。
【０００７】
これは、第一配線層と第二配線層の間の樹脂が熱履歴等によって膨張し、第一配線層の上面と、第二配線層のバイアの下面との間に、引き剥がす力が加わるためと考えられる。このように引き剥がす力が加わると、剥離が生ずる。この現象はバイアが小径化し、その底部の面積が小さくなるにつれ、さらに生じやすくなる。
また、めっきによってバイアを形成する場合には、めっきの際にめっき液が均一にいきわたりやすくするために、バイアの形状を上方に向かって除々に広がった形状、即ちテーパー状にすることが好ましい。テーパー状にすることによって、めっき液がいきわたりにくい、上述の部位４２の部分にもめっき液がいきわたり、接続の信頼性が向上する。ところが、このようなテーパー状にすると、上述のように、第一配線層の上面と、第二配線層のバイアの下面との間に、引き剥がす力が加わった場合に、第一配線層の上面と、第二配線層のバイアの下面の間に、剥離が生じやすくなる。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決し、ビルドアップ法を用いたプリント配線板において、バイアが小径化し、第一配線層と、バイアの接続面積が小さくなった場合でも、バイア底部での剥離が生じ難く、従って接続信頼性の高いプリント配線板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、第一絶縁層上にフォトエッチング法で形成された、配線パターンと第二配線層と接続されるバイア用ランドとを有する第一配線層と、第一配線層上に液状樹脂を硬化させて形成される第二絶縁層と、第二絶縁層上に形成される第二配線層と、第二絶縁層を貫通し、前記第一配線層と第二配線層を接続するバイアを有する、半導体チップを直接搭載し半導体装置とする、半導体装置用基板において、前記第一配線層の、第二配線層と接続されるバイア用ランドを除く配線パターンにはレジストを残存した状態で、前記バイア用ランドだけに、平均深さが３μｍ以上の凹凸を形成していることを特徴としている。
【００１０】
このような手段において、凹部が３μｍ以下であると、その後の処理、例えば第二配線層をめっき等で形成する際の前工程のソフトエッチング等の処理で、凹部が平滑化されてしまう。そのため、凹部は３μｍ以上、好ましくは５μｍ以上とすることにより、十分な効果を得ることが可能となる。また、従来から行われていた、酸化処理、さらには酸化処理後の還元処理等によって、微細な凹凸を表面に形成するような処理も、上述のように、第二配線層を形成する前に平滑化されてしまい、バイアの接続信頼性は向上しなかった。また、バフ研磨等の方法も提案されているが、３μｍ以上というような大きな凹部を形成しようとすると、研磨工程で、配線パターンが剥離してしまうというような問題が生じていた。さらに、ランド部だけに凹部を形成するのが難しく、配線パターン部にも凹部が形成されてしまい、配線パターンのエッジ部が欠けてしまい、電気的特性が低下するという問題もあった。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明を技術的に限定したものである。即ち、請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記バイアが、めっきにより形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、
第一絶縁層上にフォトエッチング法にて、配線パターンと第二配線層と接続されるバイア用ランドとを有する第一配線層を形成する工程と、第一配線層上に液状樹脂を硬化させることにより、バイア部が除去された第二絶縁層を形成する工程と、第二絶縁層上に形成される第二配線層及び第二配線層と第一配線層を接続するバイアを形成する工程と、を含む、半導体チップを直接搭載し半導体装置とする、半導体装置用基板の製造方法において、前記バイア形成工程より前に、第二配線層と接続されるバイア用ランドを除く配線パターンにはレジストを残存した状態で第一配線層上面の、前記バイアと接続される部分だけに、中心線平均粗さが３μｍ以上の凹凸を形成する工程を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の発明を技術的に限定したものである。即ち、請求項４に係る発明は、請求項３記載の発明において、前記第二絶縁層上に形成される第二配線層及び第二配線層と第一配線層を接続するバイアを形成する工程を、めっきにより行うことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を例に基づき説明する。
【００１５】
［実施例１］
本発明の第一の実施例を図１に従って説明する。図１はバイア部分の拡大説明図である。まず、ガラスーエポキシからなる絶縁基板（第一絶縁層に相当）に、厚さ１８μｍの銅箔が貼着された材料を用意し、レジスト（商品名：ＡＺ−１３００  ヘキストジャパン社製）を塗布し、仮乾燥を行った。
所望のパターンを有するマスクを用意し、露光、現像することによって、銅箔を残存させたい部分のレジストを残存させた。この際、バイア用ランド上に露光されて硬化し、残存したレジストの大きさは、２００μｍφであったが、露光用マスクのランド部分内に、１５μｍφの大きさの黒丸を多数形成しておくことにより、その部分のレジストを除去した。このように、レジストに小さい穴をあけておくことにより、エッチングした際に適度にエッチング液が入りこみ、凹部が形成される。穴の大きさを、マスクのパターンを変更することにより制御することにより、所望の深さの凹部を得ることができる。また、凹部の数は、あまり多すぎると隣接する凹部同士が結合し、平坦化してしまい、少なすぎると、凹部を形成する目的を達することができないため、平坦化することがないように、多数設けることが望ましい。さらに、形状も丸でなく、長方形や楕円型等、特に限定はされない。
【００１６】
そして、塩化第二鉄を用いて、エッチングを行い、レジストから露出している銅箔を除去した。バイア用ランドは２００μｍφで形成され、ランド内には、凹部がエッチングにより形成された。このようにして第一配線層を形成した。この状態が図１（ａ）である。第一絶縁層１０上にバイア用ランド１１が形成され、バイア用ランドの表面には、凹部１２が形成されている。また、この状態の上面図が図２である。バイア用ランド１１上に凹部１２が多数形成されている。
この時点で、レーザー膜厚計（機種名：Ｃ６５９５レーザー膜厚計  浜松ホトニクス（株）製）を用いてバイア用ランド１１上に形成した凹部１２の深さを測定したところ、平均の深さは約７．５μｍであった。
次に、絶縁樹脂（商品名：プロビコート５０００  日本ペイント（株）製）を塗布し、露光、現像することにより、穴径１２０μｍのバイア用の穴１３を有する、厚さ２０μｍの第二絶縁層１４を得た（図１（ｂ））。
【００１７】
絶縁層上に無電解めっき、電解めっきを行い、厚さ１５μｍの銅層を形成し、バイアを形成した。この後同様に、エッチングにより第二配線層１５を形成し、あわせてバイア１６を形成した（図１（ｃ））。
さらに、上述と同様の工程により、第二絶縁層を形成し、さらに第三配線層を形成した。さらに、ソルダーレジストを形成し、第三配線層を保護した。
このようにして得られた半導体装置用基板に対し、温度サイクル試験を実施した。即ち、１２５℃（３０分保持）→−６５℃（３０分保持）を１サイクルとする温度サイクル試験を、１００サイクル行い、この１００サイクルを１０回繰り返した。そして１００サイクル毎に、両端の測定端子間の導通試験を行った。その結果、導通の不良は見られなかった。また、バイアの断面観察でも剥離は認められなかった。
【００１８】
この導通試験について、さらに詳しく述べる。上述の半導体装置用基板の製造時に、導通試験用パターンを併せて形成した。導通試験用パターンは、第三配線層に、導通試験時の一端となる、測定端子が形成され、第三配線層の配線パターンで、第三配線層と第二配線層を接続するバイアに接続され、第二配線層の配線パターンに接続され、再び第三配線層と第二配線層を接続する、他のバイアに接続され、第三配線層の配線パターンに接続される、という接続を繰り返し、１０００個のバイアを経由した後に、第三配線層に形成された、導通試験時の他端となる測定端子に接続されている。即ち、両端の測定端子間に、１０００個のバイアによって、第二配線層、第三配線層を交互に配線された配線パターンが形成されているという状態である。なお、バイアのランド径、穴径等の条件は上述の通りで形成されることは言うまでもない。
【００１９】
そして、１０枚の半導体装置用基板を作成し、上述のように温度サイクル試験を行ったが、１００サイクル毎の導通試験においても、１０００サイクル後の導通試験においても、いずれも導通不良は見られなかった。
なお、本実施例では、エッチングによりランド内に凹部を形成するという方法によっているが、この方法に限定はされない。レーザー加工や、サンドブラスト等の方法も可能である。また、凹部を形成するということではなく、むらのあるめっきを行うことにより、凸部を形成し、結果的に凹部分の深さが３μｍ以上となるという方法によってもよい。
また、第一配線層のバイア用ランド上に凹部を形成する方法を例として説明しているが、凹部は、第二配線層にも、あるいはさらに多層化される場合には第三配線層以降の最上層以外の配線層にも形成してもよいことはいうまでもない。
【００２０】
また、出発材料として、ガラスーエポキシからなる絶縁基板に、厚さ１８μｍの銅箔が貼着された材料を用いたが、これは、既に内部に配線パターンが形成された多層配線板を用いてもよい。
また、絶縁基板の片面にビルドアップ層を形成した場合について説明したが、両面にビルドアップ層を形成するような半導体装置用基板にももちろ適用可能である。
【００２１】
［実施例２］
バイア用ランド内で、除去するレジストの大きさを、実施例１の１５μｍφに対して、７μｍφで行い、また、その形成する部位をバイア用穴の径である１２０μｍφのエリアにのみ形成した点を除いては、実施例１と同様に半導体装置用基板を作成した。
実施例１と同様の時点で、レーザー膜厚計（機種名：Ｃ６５９５レーザー膜厚計  浜松ホトニクス（株）製）を用いてバイア用ランド上に形成した凹部の深さを測定したところ、平均の深さは約３．１μｍであった。
実施例１と同様に、１０枚の半導体装置用基板を作成し、温度サイクル試験を実施し、導通試験を行ったが、１００サイクル毎の導通試験においても、１０００サイクル後の導通試験においても、いずれも導通不良は見られなかった。
バイアの断面観察でも剥離は認められなかった。
【００２２】
［実施例３］
バイア用ランド内で、除去するレジストの大きさを、実施例２の７μｍφに対して、２０μｍφで行った点を除いては、実施例２と同様に半導体装置用基板を作成した。
実施例２と同様の時点で、レーザー膜厚計（機種名：Ｃ６５９５レーザー膜厚計  浜松ホトニクス（株）製）を用いてバイア用ランド上に形成した凹部の深さを測定したところ、平均の深さは約１０μｍであった。
実施例１と同様に、１０枚の半導体装置用基板を作成し、温度サイクル試験を実施し、導通試験を行ったが、１００サイクル毎の導通試験においても、１０００サイクル後の導通試験においても、いずれも導通不良は見られなかった。
バイアの断面観察でも剥離は認められなかった。
【００２３】
［比較例］
バイア用ランド内に、レジストを残存させず、従って、バイア用ランド上に凹部が形成されなかった点を除いては、実施例１と同様に半導体装置用基板を作成した。
実施例１と同様に、１０枚の半導体装置用基板を作成し、温度サイクル試験を実施し、導通試験を行ったが、１００サイクル後の導通試験で、２枚の半導体装置用基板の導通が不良となり、５００サイクル後の導通試験において、１０枚の半導体装置用基板全てが、導通不良となった。
５００サイクル終了後の時点で、バイアの断面観察を行ったところ、第一配線層の上面と、第二配線層のバイアの下面との間が完全に剥離しているバイアが観察された。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、第一配線層の配線パターンにはレジストを残存した状態で、第二配線層と接続されるバイア用ランドだけに、平均深さが３μｍ以上の凹凸が形成されているため、第二配線層との接続部の強度が増し、従ってバイアが小径化した場合でも、バイア底部での剥離が生じ難く、接続信頼性の高いプリント配線板、及びその製造方法を得ることができる。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置用基板の断面図
【図２】図１（ａ）の上面図
【図３】従来技術に係る半導体装置用基板のバイア付近の拡大説明図
【図４】従来技術に係る半導体装置用基板の説明図
【符号の説明】
１０  第一絶縁層
１１  バイア用ランド
１２  凹部
１３  バイア用の穴
１４  第二絶縁層
１５  第二配線層
１６  バイア
４１  バイア用ランド
５１  第一絶縁層
５２  第一配線層
５３  第二絶縁層
５５  バイア
５６  第二配線層
５７  第三絶縁層
５８  貫通孔
５９  バイア
６０  スルーホール
６１  第三配線層
６３  ソルダーレジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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