配線基板およびその製造方法ならびに半導体装置
【課題】平坦性によるインピーダンス整合及び設計自由度が高く、高密度実装が可能な多層配線基板及びその製造方法並びに半導体装置を提供する。
【解決手段】多層配線基板１０は、基板１１の上部に絶縁層１２を備え、これと対称に基板１１の下部に絶縁層１３を備える。これらの絶縁層は、ポリイミド樹脂により形成されており、基板１１に対してキャスティングによりビルドアップして形成される。ビルドアップされた絶縁層１２，１３のいずれか又は両方が、基板の流れ方向であるＭＤ方向と、基板の垂直方向であるＴＤ方向とにおいて強度を同じに設定している。
【解決手段】多層配線基板１０は、基板１１の上部に絶縁層１２を備え、これと対称に基板１１の下部に絶縁層１３を備える。これらの絶縁層は、ポリイミド樹脂により形成されており、基板１１に対してキャスティングによりビルドアップして形成される。ビルドアップされた絶縁層１２，１３のいずれか又は両方が、基板の流れ方向であるＭＤ方向と、基板の垂直方向であるＴＤ方向とにおいて強度を同じに設定している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配線基板およびその製造方法ならびに半導体装置に関し、特に配線基板の構造に特化した技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高密度化に伴い、複数枚の半導体チップを積層して３次元実装構造を実現した高密度の半導体装置（半導体パッケージ）が開発されている。このような半導体装置は、例えば、板状又はフィルム状の基板の表面に、集積回路、抵抗器、コンデンサー等の多数の電子部品を固定し、その部品間を配線で接続することで電子回路を構成するものである。
【０００３】
このような半導体装置を形成する多層配線基板として、層毎に積層、穴あけ加工、回路形成などを繰り返す工法にて作製されたビルドアップ基板が普及している。ビルドアップ基板における回路形成過程では、絶縁層を、フィルム状の樹脂でラミネートして形成しているものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３４２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年益々薄型化が進む多層配線基板においては、電子部品を実装する際の取扱い上、基板の剛性を維持することが課題となっており、上記文献における多層配線基板においても、高剛性で取扱いの容易さを狙っている。しかしながら、上記の従来技術では、基板の絶縁層にフィルム状の樹脂をラミネートする際に配向が生じ、配線基板に反りが起きる原因となっていた。
【０００６】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、平坦性によるインピーダンス整合及び設計自由度が高く、高密度実装が可能な多層配線基板及びその製造方法並びに半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ベースとなる樹脂製の基板と、前記基板上に形成された配線パターンと、前記配線パターンを被覆しつつ、前記基板の両面に対称にビルドアップして形成した絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、ＭＤ方向及びＴＤ方向において強度が同じであることを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１の多層配線基板の製造方法であって、樹脂製の基板の所定位置に第１の貫通孔を形成する工程と、前記基板の上面及び下面に第１の金属下地層を形成する工程と、前記第１の金属下地層の所定位置に銅を主成分とする第１の金属層を形成するとともに、前記第１の貫通孔に銅を主成分とする第２の金属層を充填する工程と、前記第１の金属層から露出している前記第１の金属下地層を除去し、前記第１及び第２の金属層から構成される配線パターンの一部を形成する工程と、前記基板の上面側及び下面側であって、前記一部の配線パターン上に、ポリイミド樹脂よりなる絶縁層をキャスティングにより形成し、前記第１の金属層を被覆する工程と、前記絶縁層の所定位置に前記配線パターンの一部が露出するまで第２の貫通孔を形成する工程と、前記第２の貫通孔に第２の金属下地層を形成するとともに、前記絶縁層に第３の金属下地層を形成する工程と、前記第２の金属下地層を形成した前記第２貫通孔に、銅を主成分とする第３の金属層を充填するとともに、前記第３の金属下地層に第４の金属層を形成する工程と、前記第４の金属層より露出している前記第３の金属下地層を除去する工程と、前記第２及び第３の金属層から構成される配線パターンの残り部分を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
以上の態様では、絶縁層において、基板の流れ方向であるＭＤ方向（Machine Direction）と、基板の垂直方向であるＴＤ方向（Transverse Direction）とを、同じ強度に設定した。これにより、基板に絶縁層をビルドアップしても反りの少ない平坦性ある多層配線基板を提供することができる。また、基板の上面と下面において上下対称構造とすることで基板の反りがなく、同時に低熱膨張を実現可能であり、大きなサイズの基板であっても、実装ずれが生じることがない。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記絶縁層は、キャスティングにより形成したことを特徴とする。
【００１１】
以上の態様では、絶縁層をビルドアップするに当たって、キャスティング（溶液流延法（solution casting））により行うことで、フィルムに物理的な圧力を加えないため高分子の配向が起こらず、強度や光学特性などに方向性が生じない。また、フィルムとして市販されている絶縁層は、規格品で、厚さが決まっているが、上記態様のとおり、絶縁層をキャスティングすることで、任意の厚みを形成でき、また例えば傾斜構造も作製可能である。そのため、不要な絶縁層厚さによる製品の肥大化も防止できる。また、信号の遅延を考慮した厚さを任意に設定することや、絶縁層として回路密度や目的にあったＣＴＥ（線膨張係数）の材料を用いることができ、設計の自由度が高まる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記基板及び前記絶縁層のいずれか又はすべてが、ポリイミド樹脂によりなることを特徴とする。
【００１３】
基板を含む、絶縁層のいずれか又はすべてをポリイミド樹脂にて形成することで、良好な耐熱性と低誘電率、低線膨張係数からなる多層配線基板を提供することができる。また、ポリイミド樹脂を用いて、エポキシ系絶縁材料及びソルダーレジストを使用しないことで、良好な耐熱性、低誘電率及び低線膨張率を実現することが可能となり、大きな基板でも、実装ずれがない。このようなポリイミド樹脂により作製した多層配線基板は、剛性が高く、従来のガラスエポキシ基板と同様の扱いが可能で、キャリア不要なフレキシブル基板となる。そのため、従来の搬送設備にて対応が可能で、リフロー方式にも対応することができる。さらに、エポキシ系絶縁材料に比較して、安価な多層配線基板を作製することができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層配線基板を備えた半導体装置であって、半導体チップ積層体と、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層配線基板と、前記多層配線基板と半導体チップ積層体と、から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、平坦性によるインピーダンス整合及び設計自由度が高く、高密度実装が可能な多層配線基板及びその製造方法並びに半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る多層配線基板の構成を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面である。
【図４】第１の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面であって、図３の後続工程を示す図面である。
【図５】第２の実施形態に係る多層配線基板の構成を示す断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面である。
【図７】第２の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面であって、図６の後続工程を示す図面である。
【図８】第３の実施形態に係る多層配線基板の構成を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面であって、図９の後続工程を示す図面である。
【図１１】第３の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面であって、図１０の後続工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。上述の通り、本発明は、多層配線基板に係る発明として捉えることが可能であるとともに、この多層配線基板を作製する製造方法、半導体装置として捉えることも可能である。そこで、以下の実施形態では、まず、半導体装置の構成を説明した上で、多層配線基板の構成を具体的に説明し、さらに、多層配線基板の製造方法について説明することとする。
【００１８】
［１．第１の実施形態］
［１−１．半導体装置の構成］
本実施形態の半導体装置１は、いわゆるＴＳＶ（Through Silicon Via）構造を有する半導体パッケージであり、図１に示すとおり、多層配線基板１０と、半導体チップ積層体Ｓと、多層配線基板１０と半導体チップ積層体Ｓとの間に配置されるコントローラＣと、から構成される。
【００１９】
図１に示すとおり、半導体チップ積層体Ｓは、複数枚のＳｉ製の半導体チップＳ１が積層され構成されている。各半導体チップＳ１は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）として機能するものである。各半導体チップＳ１には貫通孔Ｓ２（Via）が形成されており、貫通孔Ｓ２を通じて貫通電極Ｓ３が形成されている。各半導体チップＳ１は、貫通電極Ｓ３を通じて他の半導体チップＳ１やコントローラＣと電気的に接続されている。
【００２０】
コントローラＣは、Ｓｉ製の半導体チップＣ１からなる。半導体チップＣ１にも貫通孔Ｃ２（Via）が形成されており、貫通孔Ｃ２（Via）を通じて貫通電極Ｃ３が形成されている。半導体チップＣ１は、アンダーフィルＣ４により封止されている。コントローラＣは、貫通電極Ｃ３を通じて半導体チップ積層体Ｓや多層配線基板１０と電気的に接続されている。
【００２１】
［１−２．多層配線基板の構成］
多層配線基板１０は、半導体チップＣ１の電極ピッチ拡張のための配線基板である。多層配線基板１０は、可撓性のフレキシブル基板にバンプが形成されたいわゆる半田バンプ付き多層配線基板である。
【００２２】
図１及び図２に示すとおり、多層配線基板１０は、ベースとなる樹脂製の基板１１を有している。基板１１は、たとえばガラス、シリコーン、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂など、いかなる樹脂によっても形成可能である。本実施形態においては、ガラス、シリコーン又はポリイミド樹脂により形成するのが好ましい。
【００２３】
多層配線基板１０は、基板１１の上部に絶縁層１２を備え、これと対称に基板１１の下部に絶縁層１３を備える。これらの絶縁層は、ポリイミド樹脂により形成されており、基板１１に対してキャスティング（溶液流延法（solution casting））によりビルドアップして形成される。
【００２４】
これによりビルドアップされた絶縁層１２，１３のいずれか又は両方が、基板の流れ方向であるＭＤ方向（Machine Direction）と、基板の垂直方向であるＴＤ方向（Transverse Direction）とにおいて強度を同じにすることが可能となる。
【００２５】
ここで、本実施形態の絶縁層のキャスティングにおいては、ボイド（積層ボイド、すなわち通常あるべきエリアに樹脂又は接着剤がないこと。）の発生を防止するために、ポリイミド樹脂の前駆体である粘度の低いワニスを回路間に充填し乾燥後、粘度の高いワニスをキャスティングする。このワニスのキャスティング（塗布、硬化）は、平坦性を出すために複数回行う。なお、各ワニスの粘度、キャスティング回数は、Ｌ／Ｓ（回路密度)や回路厚み、ＣＴＥの傾斜具合に応じて適宜設定する。このようなキャスティングにより形成される絶縁層は、配線パターンとの密着性を維持し、ボイドを生じさせない。
【００２６】
基板１１上には、絶縁層１２から絶縁層１３にかけて３次元的構造を有する配線パターン１４が形成されている。配線パターン１４は、銅を主成分とした金属で構成されている。「銅を主成分とする金属」とは、銅単体であってもよいし、銅に対してニッケル、コバルト、鉄などが添加された合金であってもよい。銅を主成分とする金属を合金とする場合、銅に対するニッケルなどの添加量は好ましくは２０％以下である。
【００２７】
配線パターン１４は主に、下部配線部１４ａ、連結配線部１４ｂおよび上部配線部１４ｃから構成されている。以後の説明を分かり易くするために、配線パターン１４をこれら部位に区画しているが、これら部位は実際には一体に形成されている。
【００２８】
下部配線部１４ａは、絶縁層１３に被覆されている。絶縁層１３は、所定パターンにパターニングされており、下部配線部１４ａの一部が絶縁層１３の開口部１３ａから露出している。下部配線部１４ａの露出部が外部接続電極として機能するようになっており、当該露出部に半田ボールなどが形成され、半導体装置１がマザーボードなどの回路基板に実装される。
【００２９】
連結配線部１４ｂは、絶縁層１３及び基板１１を貫通するように形成され、上下端部において下部配線部１４ａと上部配線部１４ｃとに接続され、これら配線部を連結している。
【００３０】
上部配線部１４ｃは、絶縁層１２中に形成されている。上部配線部１４ｃには、ポスト１５が形成されている。ポスト１５は、絶縁層１２を貫通した状態で配線パターン１４上に立設されている。ポスト１５の先端部（頂部１５ｂ）は、絶縁層１２から露出している。絶縁層１２は、ポストの先端部（頂部１５ｂ）を突出させた状態でポスト１５の側面を被覆しており、ポスト１５を保護する保護層として機能している。
【００３１】
ポスト１５上には、半田バンプ１５ａが形成されている。半田バンプ１５ａは、半導体チップなどの電子デバイスと電気的にフリップチップ接続するための突起電極であり、たとえばスズ−銀−銅合金から構成されている。
【００３２】
図２の拡大部に示すとおり、ポスト１５は、頂部１５ｂから基部１５ｃに向けて先細り形状（逆テーパ状）を呈している。頂部１５ｂは、半田バンプ１５ａを介してコントローラＣの半導体チップＣ１と接続される部位である。基部１５ｃは、配線パターン１４の上部配線部１４ｃと接続された部位である。たとえば、頂部１５ｂの径は、半導体チップＣ１の電極Ｃ５（図１）の径に対し＋１０〜２０μｍであり、基部１５ｃの径は、半導体チップＣ１の電極Ｃ５の径に対し±１０μｍである。
【００３３】
ポスト１５がこのような形状を呈するため、ポスト１５の頂部１５ｂは、基部１５ｃより平面視したときの面積が広く、半導体チップＣ１との接続時における電極間の位置ずれを防止することができる。その一方、ポスト１５の基部１５ｃは、頂部１５ｂより平面視したときの面積が狭く、ポスト１５の形成時に上部配線部１４ｃとの位置ずれや、ポスト１５が所望の上部配線部１４ｃの隣の上部配線部１４ｃに誤って接続されるのを防止することができる。
【００３４】
なお、図２では省略しているが、基板１１、絶縁層１２および絶縁層１３と配線パターン１４との界面や、絶縁層１２とポスト１５との界面には、下地金属層が形成されている。このような下地金属層により、配線パターン１４やポスト１５の基板１１などに対する接着性が高められている。この下地金属層は、たとえばニッケルクロム合金や銅などから構成されている。
【００３５】
以上の構成を有する半導体装置１の各種寸法は、たとえば、下記のとおりに設計されている（図１〜図２参照）。
パッケージサイズ（多層配線基板１０）は、１１ｍｍ×１５ｍｍである。
チップサイズ（半導体チップＣ１）は、７ｍｍ×８ｍｍである。
貫通電極Ｃ３の直径ａは、２０μｍである。
貫通電極Ｃ３間のピッチｂは、３５μｍである。
貫通電極Ｃ３の直径ｃは、２０μｍである。
貫通電極Ｃ３間のピッチｄは、７０μｍである。
ポスト１５の直径ｅは、ほぼ２０μｍである。
半田バンプ１５ａ間のピッチｆは、７０μｍである。
外部接続電極（半田ボール）間のピッチｇは、８００μｍである。
半田バンプ１５ａの高さｈは、５μｍである。
ポスト１５の高さｉは、３５μｍである。
基板１１の厚みｊは、３８μｍである。
配線パターン１４の連結配線部１４ｂの高さｋは、３８μｍである。
【００３６】
ここで、半導体装置１において、コントローラＣ（半導体チップＣ１）には底面から多層配線基板１０側に向けて突出する電極Ｃ５が形成されている。この半導体チップＣ１の電極Ｃ５の高さと多層配線基板１０のポスト１５の高さとの合計Ｈ（図１参照）は、好ましくは３５μｍ以上であり、さらに好ましくは５０μｍ以上である。
【００３７】
この場合に、半導体チップＣ１の電極Ｃ５と多層配線基板１０のポスト１５とでいずれが高くてもよいが、好ましくはポスト１５を高くしてポスト１５の高さを３５μｍ以上確保する。これは（ｉ）半導体チップＣ１側で高さを確保しようとすると、半導体チップＣ１ごとに（枚葉ごとに）電極Ｃ５を製造しなければならず手間がかかるのに対し、多層配線基板１０側で高さを確保しようとする方がロールツーロール方式で容易にポスト１５を製造することができるからである。また、（ｉｉ）半導体チップＣ１と多層配線基板１０の歩留まりを考慮すると、多層配線基板１０側で高さを確保したほうがトータルの歩留まりが良いからである。従って、好ましくは、半導体チップＣ１の電極Ｃ５はパッド電極のみから構成し、電極Ｃ５にはバンプなどを形成しないのが良い。
【００３８】
［１−３．多層配線基板の製造方法］
続いて、多層配線基板１０の製造方法について説明する。
図３に示すとおり、レーザを用いて基板１１の所定位置に貫通孔Ａ１を形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ１）。その後、基板１１に金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ１を形成する（Ｓ２）。
【００３９】
その後、金属下地層Ｂ１の所定位置に銅を主成分とする金属をめっきし、金属下地層に金属層ＭＬ１を形成するとともに、貫通孔Ａ１にも金属層ＭＬ２を充填する（Ｓ３）。その後、金属層ＭＬ１から露出している金属下地層Ｂ１をエッチングして除去する（Ｓ４）。その結果、金属層ＭＬ１および金属層ＭＬ２から構成される配線パターン１４（下部配線部１４ａ、連結配線部１４ｂおよび上部配線部１４ｃ）が形成される。
【００４０】
その後、基板１１の上面側の配線パターン１４（上部配線部１４ｃ）上にキャスティングにより、ポリイミド樹脂よりなる絶縁層１２を形成し、配線パターン１４の上部配線部１４ｃを絶縁層１２で被覆する。併せて、基板１１の下面側にも、配線パターン上にキャスティングによりポリイミド樹脂よりなる絶縁層１３を形成し、配線パターン１４の下部配線部１４ａを絶縁層１３で被覆する（Ｓ５）。
【００４１】
ここで、本実施形態の絶縁層のキャスティングにおいては、上述のとおり、ボイドの発生を防止するために、ポリイミド樹脂の前駆体である粘度の低いワニスを回路間に充填し乾燥後、粘度の高いワニスをキャスティングする。このキャスティングは、平坦性を出すために複数回行う。
【００４２】
その後、絶縁層１２上に樹脂製のドライフィルムＤ１を貼付し、露光してドライフィルムＤ１を硬化させる（Ｓ６）。その後、レーザを用いてドライフィルムＤ１および絶縁層１２の所定位置に上部配線部１４ｃが露出するまで貫通孔Ａ２を形成する。それとともに、レーザを用いて絶縁層１３の所定位置にも下部配線部１４ａが露出するまで貫通孔（開口部１３ａ）を形成し、それらスミア（削りかす）を除去する（Ｓ７）。
【００４３】
その後、図４に示すとおり、ドライフィルムＤ１および貫通孔Ａ２に金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ２を形成するとともに、絶縁層１３および開口部１３ａにも金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ３を形成する（Ｓ８）。その後、金属下地層Ｂ３に樹脂製のドライフィルムＤ２を貼付するとともに、金属下地層Ｂ２に銅を主成分とする金属をめっきし、金属下地層Ｂ２に金属層ＭＬ３を形成し、さらに、貫通孔Ａ２にも金属層ＭＬ４を充填する（Ｓ９）。その後、ドライフィルムＤ１上の金属下地層Ｂ２および金属層ＭＬ３をエッチングして除去する（Ｓ１０）。その結果、金属層ＭＬ４から構成されるポスト１５が形成される。
【００４４】
その後、ポスト１５に半田をめっきして半田バンプ１５ａを形成し、半田バンプ１５ａおよびドライフィルムＤ１上にドライフィルムＤ３をラミネートし、露光してドライフィルムＤ３を硬化させる（Ｓ１１）。その後、金属下地層Ｂ３に形成されたドライフィルムＤ２を剥離する（Ｓ１２）。その後、金属下地層Ｂ３をエッチングして除去し、絶縁層１２上のドライフィルムＤ１，Ｄ３を同時に剥離する（Ｓ１３）。
以上のＳ１〜Ｓ１３の処理を経て多層配線基板１０を製造することができる。
【００４５】
［１−４．効果］
（基板の反り低減効果）
以上の多層配線基板１０及びそれを備えた半導体装置１によれば、キャスティングすることで、絶縁層１２，１３において、基板１１の流れ方向であるＭＤ方向と、基板１１の垂直方向であるＴＤ方向とにおいて強度を同じにすることができる。そのため、基板１１の両面に絶縁層１２，１３をビルドアップにより形成したとしても、これによる基板１１の反りを低減することができる。特に、基板１１を含む絶縁層のすべてを同じ材料により構成することにより、基板１１の反りをより効果的に低減することができる。
【００４６】
また、上下絶縁層１２及び１３を、対称構造とすることで基板１１の反りがなく、同時に低熱膨張を実現することができる。そのため、大きなサイズの基板であっても、実装ずれが生じることがない。
【００４７】
（ポリイミド樹脂を用いた効果）
基板１１を含む、絶縁層１２，１３のいずれか又はすべてをポリイミド樹脂に形成することで、良好な耐熱性と低誘電率、低線膨張係数からなる多層配線基板１０を提供することができる。また、ポリイミド樹脂を用いて、エポキシ系絶縁材料及びソルダーレジストを使用しないことで、良好な耐熱性、低誘電率及び低線膨張率を実現することが可能となり、基板１１が大きな場合でも、実装ずれがない。
【００４８】
このようなポリイミド樹脂により作製した多層配線基板１０は、剛性が高く、ガラスエポキシ基板と同様の扱いが可能で、キャリア不要なフレキシブル基板となる。そのため、従来の搬送設備にて対応が可能で、リフロー方式にも対応することができる。さらに、エポキシ系絶縁材料に比較して、安価な多層配線基板１０を作製することができる。
【００４９】
（配線パターン上にキャスティングで絶縁層を形成する効果）
絶縁層１２，１３をビルドアップするに当たって、キャスティング（溶液流延法（solution casting））により行うことで、フィルムに物理的な圧力を加えないため高分子の配向が起こらず、強度や光学特性などに方向性が生じない。
【００５０】
また、フィルムとして市販されている絶縁層は、規格品で、厚さが決まっているが、本実施形態のように、絶縁層１２，１３をキャスティングすることで、任意の厚みを形成でき、また例えば傾斜構造も作製可能である。そのため、不要な絶縁層厚さによる製品の肥大化も防止できる。また、信号の遅延を考慮した厚さを任意に設定することや、絶縁層として回路密度や目的にあったＣＴＥ（線膨張係数）の材料を用いることができ、設計の自由度が高まる。
【００５１】
半導体パッケージ実装構造は、上述のように、ＬＳＩチップ／ＮＣＰ（Non Conductive Paste）／インターポーザー／アンダーフィル／マザーボードの順で積層されている。このうち、ＬＳＩチップにおいてＣＴＥは小さく（３〜５ｐｐｍ）、マザーボードにおいて大きい。そこで、本実施形態では、例えば、半導体パッケージでは、多層配線基板１０において、絶縁層１２側（ＬＳＩチップ側）にＣＴＥの小さい材料を選択し、絶縁層１３側（マザーボード側）にＣＴＥの大きい材料を選択する。これにより、１次（ＬＳＩチップとの接続）、２次（マザーボードとの接続）接続端子への負荷を軽減できる。このように設計の自由度が極めて高い多層配線基板１０を提供することができる。
【００５２】
また、キャスティングでは、溶融押出成型法に比べ樹脂にかける熱量が低く（フィルム状樹脂のような溶融も不要）、熱安定剤などの添加量を低減できる。また、キャスティング時の溶融温度の設定によりカール具合を調整することができる。
【００５３】
また、このようなキャスティングにより、溶液をろ過する工程を設置できるため樹脂の塊（フィッシュアイ）が発生せず、キズもつきにくいため、絶縁層１２，１３に用いるための透明性の高いフィルムを成型できる。
【００５４】
このように、絶縁層１２，１３の成形にキャスティングを用いることで、厚み精度が高く、平滑性、透明性、光沢性に優れた絶縁層１２，１３を形成できるといったメリットがある。なお、このようにキャスティングを用いることで、融点が高く押出成形が難しいポリイミドフィルムによって絶縁層１２，１３を形成することが容易となる。
【００５５】
［２．第２の実施形態］
第２の実施形態は、多層配線基板の構成において第１の実施形態と異なるものであり、その他の構成については、第１の実施形態と同様であるので、以下では第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、多層配線基板の構成であっても、特に言及しない点については、第１の実施形態における説明を援用するものとする。
【００５６】
［２−１．多層配線基板の構成］
図５に示すとおり、本実施形態の多層配線基板２０は、基板２１の上部に絶縁層２２を備え、これと対称に基板２１の下部に絶縁層２３を備える。これらの絶縁層は、第１の実施形態と同様、ポリイミド樹脂により形成されており、基板２１に対してキャスティングを用いてビルドアップして形成される。このようにビルドアップされた絶縁層２２，２３のいずれか又は両方が、基板の流れ方向であるＭＤ方向と、基板の垂直方向であるＴＤ方向とにおいて強度を同じにすることができる。
【００５７】
基板２１上には、絶縁層２２から絶縁層２３にかけて３次元的構造を有する配線パターン２４が形成されている。配線パターン２４は主に、最上部配線部２４ａ、上部配線部２４ｂ、連結配線部２４ｃ、下部配線部２４ｄおよび最下部配線部２４ｅから構成されている。ここでは、第１の実施形態と同様、説明の便宜上、配線パターン２４をこれら部位に区画しているが、これら部位は実際には一体に形成されている。
【００５８】
下部配線部２４ｄ及び最下部配線部２４ｅは、絶縁層２３に被覆され、最下部配線部２４ｅの一部が絶縁層２３の開口部２３ａから露出している。最下部配線部２４ｅの露出部が外部接続電極として機能するようになっており、当該露出部に半田ボールなどが形成され、半導体装置１がマザーボードなどの回路基板に実装される。
【００５９】
連結配線部２４ｃは、基板２１を貫通するように形成され、上下端部において上部配線部２４ｂと下部配線部２４ｄとに接続され、これら配線部を連結している。
【００６０】
上部配線部２４ｂは絶縁層２２に被覆されており、この上部配線部２４ｂと接続した最上部配線部２４ａは、絶縁層２２の上部に露出して配置されている。絶縁層２２は、最上部配線部２４ａを突出させた状態となっている。
【００６１】
最上部配線部２４ａ上には、半田バンプ２５が形成され、最上部配線部２４ａは、半田バンプ２５を介してコントローラＣの半導体チップＣ１と接続される部位である。半田バンプ２５は、半導体チップなどの電子デバイスと電気的にフリップチップ接続するための突起電極であり、たとえばスズ−銀−銅合金から構成されている。
【００６２】
なお、第１の実施形態と同様、基板２１、絶縁層２２および絶縁層２３と配線パターン２４との界面には、下地金属層が形成されている。このような下地金属層により、配線パターン２４の基板２１などに対する接着性が高められている。この下地金属層は、たとえばニッケルクロム合金や銅などから構成されている。
【００６３】
以上の構成を有する多層配線基板２０の各種寸法は、たとえば、下記のとおりに設計されている（図５参照）。
（ａ）絶縁層２２に形成されたビアホールの直径は、１５μｍ〜１００の範囲で設計される。
（ｂ）ビアランドの幅は、１６０μｍより大きく設計される。
（ｃ）最上部配線部２４ａ間のスペースは、１５μｍより大きく設計される。
（ｄ）ラインの幅は、１５μｍより大きく設計される。
（ｅ）最上部配線部２４ａの厚さは、１８μｍより小さく設計される。
（ｆ）半田バンプ２５の厚さは、２〜８μｍの範囲で設計される。
（ｇ）最下部配線部２４ｅにおける開口部２３ａ間のピッチは、２５０μｍより小さく設計される。
（ｈ）最下部配線部２４ｅの間のスペースは、５０μｍより大きく設計される。
（ｉ）最下部配線部２４ｅの厚さは、１８μｍより小さく設計される。
（ｊ）基板２１の厚さは、１２．５，２５，３８，４０，５０μｍのいずれかにより設計される。
【００６４】
［２−２．多層配線基板の製造方法］
続いて、多層配線基板２０の製造方法について説明する。
図６に示すとおり、レーザを用いて基板２１の所定位置に貫通孔Ａ１を形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ１）。その後、基板２１に金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ１を形成する（Ｓ２）。
【００６５】
その後、基板２１の下面側の金属下地層Ｂ１に樹脂製のドライフィルムＤ１をラミネートし、上部配線部２４ｂ、連結配線部２４ｃ及び下部配線部２４ｄに対応するパターンのマスクを用いてドライフィルムＤ１を露光・現像することによって形成する。これにより、金属下地層Ｂ１を所定パターンの樹脂層（ドライフィルムＤ１）で被覆することとなる（Ｓ３）。
【００６６】
その後、ドライフィルムＤ１から露出している金属下地層Ｂ１の所定位置に銅を主成分とする金属をめっきし、金属下地層Ｂ１に金属層ＭＬ１及びＭＬ２を形成する（Ｓ４）。その後、ドライフィルムＤ１及びドライフィルムＤ１の位置にある金属下地層Ｂ１をエッチングして除去する（Ｓ５）。その結果、金属層ＭＬ１および金属層ＭＬ２から構成される配線パターン２４の一部（上部配線部２４ｂ、連結配線部２４ｃ及び下部配線部２４ｄ）が形成される。
【００６７】
その後、基板２１の上面側と下面側との双方に、ポリイミド樹脂を絶縁層２２及び２３としてキャスティングする。さらに、レーザを用いて絶縁層２２及び２３の所定位置に、配線パターン２４が露出するまで貫通孔Ａ２を形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ６）。その後、絶縁層２２及び２３に金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ２を形成する（Ｓ７）。
【００６８】
その後、絶縁層２２及び２３上に樹脂製のドライフィルムＤ２を貼付し、露光してドライフィルムＤ２を硬化させる（Ｓ８）。その後、図７に示すように、絶縁層２２及び２３の所定位置に銅を主成分とする金属をめっきし、絶縁層２２及び２３に金属層ＭＬ３及びＭＬ４を形成する（Ｓ９）。その後、ドライフィルムＤ２と、ドライフィルムＤ２の位置にある金属下地層Ｂ２をエッチングして除去する（Ｓ１０）。これにより、金属層ＭＬ３から最上部配線部２４ａが形成され、金属層ＭＬ４から最下部配線部２４ｅが形成される。
【００６９】
その後、基板２１の上面及び下面側と、配線部に樹脂製のドライフィルムＤ３をラミネートし、半田バンプ２５に対応するパターンを、マスクを用いて露光してドライフィルムＤ３を硬化させる。その後、絶縁層２２上に設けられた配線パターン２４の最上部配線部２４ａ上に、スズ−銀−銅合金からなる半田バンプ２５が形成される（Ｓ１１）。半田バンプ２５は、半導体チップなどの電子デバイスと電気的にフリップチップ接続するための突起電極である。その後、基板２１に形成されたドライフィルムＤ３を剥離する（Ｓ１２）。
【００７０】
その後、基板下面側にポリイミド樹脂をキャスティングする（絶縁層２３の残存部分の形成）。さらに絶縁層２３の所定位置に、レーザを用いて最下部配線層２４eが露出するまで貫通孔２３ａを形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ１３）。
以上のＳ１〜Ｓ１３の処理を経て多層配線基板２０を製造することができる。
【００７１】
［２−３．効果］
以上のような本実施形態における多層配線基板２０によれば、基板２１に対して絶縁層２２及び２３をビルドアップするに際して、配線パターン２４上にキャスティングにより絶縁層を形成する。これにより、絶縁層の厚みなど、設計の自由度が高いので、多層基板の作製を容易に行うことができる。そのため、ビア・オン・ビアやフィルドビアでの設計自由度、高密度実装、層間信頼性、層厚安定が高く、平坦性によるインピーダンス整合を得ることもできる。また、本実施形態の多層配線基板では、フィルドビアを用いることにより、接続強度を良好にすることができる。
【００７２】
［３．第３の実施形態］
第３の実施形態は、多層配線基板の構成において第１及び第２の実施形態と異なるものであるが、その他の構成については、第１及び第２の実施形態と同様であるので、以下では第１及び第２の実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、多層配線基板の構成についても、特に言及しない点については第１及び第２の実施形態における説明を援用するものとする。
【００７３】
［３−１．多層配線基板の構成］
図８に示すように、本実施形態に係る多層配線基板３０は、ベースとなる樹脂製の基板３１の下部に、絶縁層３２が形成され、この絶縁層３２の下部にさらに、絶縁層３３が形成されている。これらの絶縁層は、ポリイミド樹脂により形成されており、基板３１に対してキャスティングを用いてビルドアップして形成される。
【００７４】
第１の実施形態において説明したのと同様、このように絶縁層３２，３３のいずれか又は両方がビルドアップされることで、基板の流れ方向であるＭＤ方向（Machine Direction）と、基板の垂直方向であるＴＤ方向（Transverse Direction）とにおいて強度を同じにすることができる。
【００７５】
基板３１上では、絶縁層３２から絶縁層３３にかけて３次元的構造を有する配線パターン３４が形成されている。配線パターン３４は主に、上部配線部３４ａ、連結配線部３４ｂおよび下部配線部３４ｃから構成されている。ここでは、第１及び第２の実施形態と同様、説明の便宜上、配線パターン３４をこれら部位に区画しているが、これら部位は実際には一体に形成されている。
【００７６】
上部配線部３４ａは、絶縁層３２中に形成されている。上部配線部３４ａには、ポスト３５が形成されている。ポスト３５は、基板３１を貫通した状態で配線パターン３４上に立設されている。ポスト３５の先端部（頂部３５ｂ）は、基板３１からわずかに露出している。基板３１は、ポストの先端部（頂部３５ｂ）を突出させた状態でポスト３５の側面を被覆しており、ポスト３５を保護する保護層として機能している。
【００７７】
連結配線部３４ｂは、基板３１及び絶縁層３２を貫通するように形成されている。連結配線部３４ｂは、上部配線部３４ａと下部配線部３４ｃとに接続され、これら配線部を連結している。
【００７８】
下部配線部３４ｃは、絶縁層３３に被覆されている。絶縁層３３は、所定パターンにパターニングされており、下部配線部３４ｃの一部が絶縁層３３の開口部３３ａから露出している。下部配線部３４ｃの露出部が外部接続電極として機能するようになっており、当該露出部に半田ボールなどが形成され、半導体装置１がマザーボードなどの回路基板に実装される。
【００７９】
ポスト３５上には、半田バンプ３５ａが形成されている。半田バンプ３５ａは、半導体チップなどの電子デバイスと電気的にフリップチップ接続するための突起電極であり、たとえばスズ−銀−銅合金から構成されている。
【００８０】
なお、第１の実施形態と同様、基板３１、絶縁層３２および絶縁層３３と配線パターン３４との界面や、基板３１とポスト３５との界面には、下地金属層が形成されている。このような下地金属層により、配線パターン３４やポスト３５の基板３１などに対する接着性が高められている。この下地金属層は、たとえばニッケルクロム合金や銅などから構成されている。
【００８１】
以上の構成を有する多層配線基板３０の各種寸法は、たとえば、下記のとおりに設計されている（図８及び図９参照）。
パッケージサイズ（多層配線基板３０）は、１１ｍｍ×１５ｍｍである。
ポスト３５の直径ｅは、ほぼ２０μｍである。
半田バンプ３５ａ間のピッチｆは、７０μｍである。
外部接続電極（半田ボール）間のピッチｇは、８００μｍである。
半田バンプ３５ａの高さｈは、５μｍである。
ポスト３５の高さｉは、３５μｍである。
基板３１の厚みｊは、２５μｍである。
配線パターン３４の連結配線部３４ｂの高さｋは、３８μｍである。
【００８２】
ここで、半導体装置１において、コントローラＣ（半導体チップＣ１）には底面から多層配線基板３０側に向けて突出する電極Ｃ５が形成されている。この半導体チップＣ１の電極Ｃ５の高さと多層配線基板３０のポスト３５の高さとの合計Ｈ（図１参照）は、好ましくは３５μｍ以上であり、さらに好ましくは５０μｍ以上である。
【００８３】
［３−２．多層配線基板の製造方法］
続いて、多層配線基板３０の製造方法について説明する。
多層配線基板３０は、所定のロールに巻かれた長尺の基板３１が別のロールに巻き取られるように搬送され、その搬送過程で配線パターン３４などが形成されるロールツーロール方式により、製造される。
【００８４】
具体的には、はじめに、図９に示すとおり、基板３１に樹脂製のドライフィルムＤ１をラミネートし、露光してドライフィルムＤ１を硬化させる（Ｓ１）。その後、レーザを用いて基板３１およびドライフィルムＤ１の所定位置に貫通孔Ａ１を形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ２）。
【００８５】
その後、基板３１およびドライフィルムＤ１に金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ１を形成する（Ｓ３）。その後、基板３１の下面側の金属下地層Ｂ１に樹脂製のドライフィルムＤ２をラミネートする。そして、上部配線部３４ａに対応するパターンでドライフィルムＤ２を露光・現像し、金属下地層Ｂ１を所定パターンの樹脂層（ドライフィルムＤ２）で被覆する（Ｓ４）。
【００８６】
その後、ドライフィルムＤ１上の金属下地層Ｂ１とドライフィルムＤ２から露出している金属下地層Ｂ１とに、銅を主成分とする金属をめっきし、金属下地層Ｂ１上に金属層ＭＬ１を形成するとともに、貫通孔Ａ１にも金属層ＭＬ２を充填する（Ｓ５）。その後、基板３１の下面側の金属層ＭＬ１およびドライフィルムＤ２上に樹脂製のドライフィルムＤ３を貼付し、ドライフィルムＤ１の上面側の金属下地層Ｂ１および金属層ＭＬ１をエッチングして除去する（Ｓ６）。その結果、金属層ＭＬ１から構成されるポスト３５が形成される。
【００８７】
なお、Ｓ２の処理では、レーザの出力を調整して上方から下方にかけて徐々に低下させ、貫通孔Ａ１を先細り形状（逆テーパ状）に形成する。その結果、先細り形状のポスト３５を形成することができる（図８拡大部参照）。
【００８８】
その後、ポスト３５に半田をめっきして半田バンプ３５ａを形成し（Ｓ７）、基板３１に形成されたドライフィルムＤ１，Ｄ２，Ｄ３を剥離する（Ｓ８）。
【００８９】
その後、図１０に示すとおり、基板３１に樹脂製のドライフィルムＤ４を貼付するとともに、基板３１の下面においてドライフィルムＤ２で被覆されていた部分の金属下地層Ｂ１をエッチングして除去する（Ｓ９）。その結果、金属層ＭＬ２から構成される配線パターン３４の上部配線部３４ａが形成される。その後、基板３１の下面側にキャスティングにより、絶縁層３２をビルドアップし、配線パターン３４の上部配線部３４ａを絶縁層３２で被覆する（Ｓ１０）。
【００９０】
その後、ドライフィルムＤ４を剥離する（Ｓ１１）。続いて、レーザを用いて絶縁層３２の所定位置に上部配線部３４ａが露出するまで貫通孔Ａ２を形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ１２）。
【００９１】
その後、絶縁層３２、貫通孔Ａ２および上部配線部３４ａに金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ２を形成する（Ｓ１３）。その後、基板３１に樹脂製のドライフィルムＤ５をラミネートする。これとともに、金属下地層Ｂ２にも樹脂製のドライフィルムＤ６をラミネートする。そして、下部配線部３４ｃおよび連結配線部３４ｂに対応するパターンのマスクを用いてドライフィルムＤ６を露光・現像し、金属下地層Ｂ２を所定パターンの樹脂層（ドライフィルムＤ６）で被覆する（Ｓ１４）。
【００９２】
その後、図１１に示すとおり、ドライフィルムＤ６から露出している金属下地層Ｂ２に銅を主成分とする金属をめっきし、金属下地層Ｂ２、貫通孔Ａ２および上部配線部３４ａに金属層ＭＬ２を形成する（Ｓ１５）。その後、ドライフィルムＤ６を剥離する（Ｓ１６）。その後、ドライフィルムＤ６で被覆されていた金属下地層Ｂ２をエッチングして除去する。その結果、金属層ＭＬ２から構成される配線パターン３４の下部配線部３４ｃおよび連結配線部３４ｂが形成される。
【００９３】
その後、ドライフィルムＤ５を剥離し、絶縁層３２、下部配線部３４ｃおよび連結配線部３４ｂに、ソルダーレジストを使用せずにポリイミド樹脂によりキャスティングを用いて絶縁層３３を形成し、レーザを用いて、絶縁層３３に開口部３３ａが形成することで、下部配線部３４ｃの一部が開口部３３ａから露出する（外部接続電極が形成される。）（Ｓ１７）。
以上のＳ１〜Ｓ１７の処理を経て多層配線基板３０を製造することができる。
【００９４】
［３−３．効果］
以上のような本実施形態の多層配線基板３０によれば、第１の実施形態同様、基板３１上に絶縁層３２，３３をビルドアップしたことで、基板３１の流れ方向であるＭＤ方向と、基板３１の垂直方向であるＴＤ方向とにおいて強度を同じにすることできる。これにより、基板３１の反りを低減することができる。特に、基板３１を含む絶縁層のすべてを同じ材料により構成することにより、基板３１の反りをより効果的に低減することができる。
【００９５】
基板３１を含む、絶縁層３２，３３のいずれか又はすべてをポリイミド樹脂により形成することで、良好な耐熱性と低誘電率、低線膨張係数からなる基板３１を提供することができる。また、ポリイミド樹脂を用いて、エポキシ系絶縁材料及びソルダーレジストを使用しないことで、良好な耐熱性、低誘電率及び低線膨張率を実現することが可能となり、基板３１が大きなサイズであっても、実装ずれがない。
【００９６】
さらに、絶縁層３２，３３をビルドアップするに当たって、キャスティングにより行うことで、フィルムに物理的な圧力を加えないため高分子の配向が起こらず、強度や光学特性などに方向性が生じない。
【符号の説明】
【００９７】
１…半導体装置
１０…多層配線基板
１１…基板
１２，１３…絶縁層
１３ａ…開口部
１４…配線パターン
１４ａ…下部配線部
１４ｂ…連結配線部
１４ｃ…上部配線部
１５…ポスト
１５ａ…半田バンプ
１５ｂ…頂部
１５ｃ…基部
２０…多層配線基板
２１…基板
２２，２３…絶縁層
２３ａ…開口部
２４…配線パターン
２４ａ…最上部配線部
２４ｂ…上部配線部
２４ｃ…連結配線部
２４ｄ…下部配線部
２４ｅ…最下部配線部
２５…半田バンプ
３０…多層配線基板
３１…基板
３２，３３…絶縁層
３３ａ…開口部
３４…配線パターン
３４ａ…上部配線部
３４ｂ…連結配線部
３４ｃ…下部配線部
３５…ポスト
３５ａ…半田バンプ
３５ｂ…頂部
Ａ１，Ａ２…貫通孔
Ｂ１〜Ｂ３…金属下地層
Ｃ…コントローラ
Ｃ１…チップ
Ｃ２…貫通孔
Ｃ３…貫通電極
Ｃ４…アンダーフィル
Ｃ５…電極
Ｄ１〜Ｄ６…ドライフィルム
ＭＬ１〜ＭＬ４…金属層
Ｓ…半導体チップ積層体
Ｓ１…半導体チップ
Ｓ２…貫通孔
Ｓ３…貫通電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は配線基板およびその製造方法ならびに半導体装置に関し、特に配線基板の構造に特化した技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高密度化に伴い、複数枚の半導体チップを積層して３次元実装構造を実現した高密度の半導体装置（半導体パッケージ）が開発されている。このような半導体装置は、例えば、板状又はフィルム状の基板の表面に、集積回路、抵抗器、コンデンサー等の多数の電子部品を固定し、その部品間を配線で接続することで電子回路を構成するものである。
【０００３】
このような半導体装置を形成する多層配線基板として、層毎に積層、穴あけ加工、回路形成などを繰り返す工法にて作製されたビルドアップ基板が普及している。ビルドアップ基板における回路形成過程では、絶縁層を、フィルム状の樹脂でラミネートして形成しているものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３４２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年益々薄型化が進む多層配線基板においては、電子部品を実装する際の取扱い上、基板の剛性を維持することが課題となっており、上記文献における多層配線基板においても、高剛性で取扱いの容易さを狙っている。しかしながら、上記の従来技術では、基板の絶縁層にフィルム状の樹脂をラミネートする際に配向が生じ、配線基板に反りが起きる原因となっていた。
【０００６】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、平坦性によるインピーダンス整合及び設計自由度が高く、高密度実装が可能な多層配線基板及びその製造方法並びに半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ベースとなる樹脂製の基板と、前記基板上に形成された配線パターンと、前記配線パターンを被覆しつつ、前記基板の両面に対称にビルドアップして形成した絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、ＭＤ方向及びＴＤ方向において強度が同じであることを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１の多層配線基板の製造方法であって、樹脂製の基板の所定位置に第１の貫通孔を形成する工程と、前記基板の上面及び下面に第１の金属下地層を形成する工程と、前記第１の金属下地層の所定位置に銅を主成分とする第１の金属層を形成するとともに、前記第１の貫通孔に銅を主成分とする第２の金属層を充填する工程と、前記第１の金属層から露出している前記第１の金属下地層を除去し、前記第１及び第２の金属層から構成される配線パターンの一部を形成する工程と、前記基板の上面側及び下面側であって、前記一部の配線パターン上に、ポリイミド樹脂よりなる絶縁層をキャスティングにより形成し、前記第１の金属層を被覆する工程と、前記絶縁層の所定位置に前記配線パターンの一部が露出するまで第２の貫通孔を形成する工程と、前記第２の貫通孔に第２の金属下地層を形成するとともに、前記絶縁層に第３の金属下地層を形成する工程と、前記第２の金属下地層を形成した前記第２貫通孔に、銅を主成分とする第３の金属層を充填するとともに、前記第３の金属下地層に第４の金属層を形成する工程と、前記第４の金属層より露出している前記第３の金属下地層を除去する工程と、前記第２及び第３の金属層から構成される配線パターンの残り部分を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
以上の態様では、絶縁層において、基板の流れ方向であるＭＤ方向（Machine Direction）と、基板の垂直方向であるＴＤ方向（Transverse Direction）とを、同じ強度に設定した。これにより、基板に絶縁層をビルドアップしても反りの少ない平坦性ある多層配線基板を提供することができる。また、基板の上面と下面において上下対称構造とすることで基板の反りがなく、同時に低熱膨張を実現可能であり、大きなサイズの基板であっても、実装ずれが生じることがない。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記絶縁層は、キャスティングにより形成したことを特徴とする。
【００１１】
以上の態様では、絶縁層をビルドアップするに当たって、キャスティング（溶液流延法（solution casting））により行うことで、フィルムに物理的な圧力を加えないため高分子の配向が起こらず、強度や光学特性などに方向性が生じない。また、フィルムとして市販されている絶縁層は、規格品で、厚さが決まっているが、上記態様のとおり、絶縁層をキャスティングすることで、任意の厚みを形成でき、また例えば傾斜構造も作製可能である。そのため、不要な絶縁層厚さによる製品の肥大化も防止できる。また、信号の遅延を考慮した厚さを任意に設定することや、絶縁層として回路密度や目的にあったＣＴＥ（線膨張係数）の材料を用いることができ、設計の自由度が高まる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記基板及び前記絶縁層のいずれか又はすべてが、ポリイミド樹脂によりなることを特徴とする。
【００１３】
基板を含む、絶縁層のいずれか又はすべてをポリイミド樹脂にて形成することで、良好な耐熱性と低誘電率、低線膨張係数からなる多層配線基板を提供することができる。また、ポリイミド樹脂を用いて、エポキシ系絶縁材料及びソルダーレジストを使用しないことで、良好な耐熱性、低誘電率及び低線膨張率を実現することが可能となり、大きな基板でも、実装ずれがない。このようなポリイミド樹脂により作製した多層配線基板は、剛性が高く、従来のガラスエポキシ基板と同様の扱いが可能で、キャリア不要なフレキシブル基板となる。そのため、従来の搬送設備にて対応が可能で、リフロー方式にも対応することができる。さらに、エポキシ系絶縁材料に比較して、安価な多層配線基板を作製することができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層配線基板を備えた半導体装置であって、半導体チップ積層体と、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層配線基板と、前記多層配線基板と半導体チップ積層体と、から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、平坦性によるインピーダンス整合及び設計自由度が高く、高密度実装が可能な多層配線基板及びその製造方法並びに半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る多層配線基板の構成を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面である。
【図４】第１の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面であって、図３の後続工程を示す図面である。
【図５】第２の実施形態に係る多層配線基板の構成を示す断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面である。
【図７】第２の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面であって、図６の後続工程を示す図面である。
【図８】第３の実施形態に係る多層配線基板の構成を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面であって、図９の後続工程を示す図面である。
【図１１】第３の実施形態に係る多層配線基板の製造方法を示す図面であって、図１０の後続工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。上述の通り、本発明は、多層配線基板に係る発明として捉えることが可能であるとともに、この多層配線基板を作製する製造方法、半導体装置として捉えることも可能である。そこで、以下の実施形態では、まず、半導体装置の構成を説明した上で、多層配線基板の構成を具体的に説明し、さらに、多層配線基板の製造方法について説明することとする。
【００１８】
［１．第１の実施形態］
［１−１．半導体装置の構成］
本実施形態の半導体装置１は、いわゆるＴＳＶ（Through Silicon Via）構造を有する半導体パッケージであり、図１に示すとおり、多層配線基板１０と、半導体チップ積層体Ｓと、多層配線基板１０と半導体チップ積層体Ｓとの間に配置されるコントローラＣと、から構成される。
【００１９】
図１に示すとおり、半導体チップ積層体Ｓは、複数枚のＳｉ製の半導体チップＳ１が積層され構成されている。各半導体チップＳ１は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）として機能するものである。各半導体チップＳ１には貫通孔Ｓ２（Via）が形成されており、貫通孔Ｓ２を通じて貫通電極Ｓ３が形成されている。各半導体チップＳ１は、貫通電極Ｓ３を通じて他の半導体チップＳ１やコントローラＣと電気的に接続されている。
【００２０】
コントローラＣは、Ｓｉ製の半導体チップＣ１からなる。半導体チップＣ１にも貫通孔Ｃ２（Via）が形成されており、貫通孔Ｃ２（Via）を通じて貫通電極Ｃ３が形成されている。半導体チップＣ１は、アンダーフィルＣ４により封止されている。コントローラＣは、貫通電極Ｃ３を通じて半導体チップ積層体Ｓや多層配線基板１０と電気的に接続されている。
【００２１】
［１−２．多層配線基板の構成］
多層配線基板１０は、半導体チップＣ１の電極ピッチ拡張のための配線基板である。多層配線基板１０は、可撓性のフレキシブル基板にバンプが形成されたいわゆる半田バンプ付き多層配線基板である。
【００２２】
図１及び図２に示すとおり、多層配線基板１０は、ベースとなる樹脂製の基板１１を有している。基板１１は、たとえばガラス、シリコーン、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂など、いかなる樹脂によっても形成可能である。本実施形態においては、ガラス、シリコーン又はポリイミド樹脂により形成するのが好ましい。
【００２３】
多層配線基板１０は、基板１１の上部に絶縁層１２を備え、これと対称に基板１１の下部に絶縁層１３を備える。これらの絶縁層は、ポリイミド樹脂により形成されており、基板１１に対してキャスティング（溶液流延法（solution casting））によりビルドアップして形成される。
【００２４】
これによりビルドアップされた絶縁層１２，１３のいずれか又は両方が、基板の流れ方向であるＭＤ方向（Machine Direction）と、基板の垂直方向であるＴＤ方向（Transverse Direction）とにおいて強度を同じにすることが可能となる。
【００２５】
ここで、本実施形態の絶縁層のキャスティングにおいては、ボイド（積層ボイド、すなわち通常あるべきエリアに樹脂又は接着剤がないこと。）の発生を防止するために、ポリイミド樹脂の前駆体である粘度の低いワニスを回路間に充填し乾燥後、粘度の高いワニスをキャスティングする。このワニスのキャスティング（塗布、硬化）は、平坦性を出すために複数回行う。なお、各ワニスの粘度、キャスティング回数は、Ｌ／Ｓ（回路密度)や回路厚み、ＣＴＥの傾斜具合に応じて適宜設定する。このようなキャスティングにより形成される絶縁層は、配線パターンとの密着性を維持し、ボイドを生じさせない。
【００２６】
基板１１上には、絶縁層１２から絶縁層１３にかけて３次元的構造を有する配線パターン１４が形成されている。配線パターン１４は、銅を主成分とした金属で構成されている。「銅を主成分とする金属」とは、銅単体であってもよいし、銅に対してニッケル、コバルト、鉄などが添加された合金であってもよい。銅を主成分とする金属を合金とする場合、銅に対するニッケルなどの添加量は好ましくは２０％以下である。
【００２７】
配線パターン１４は主に、下部配線部１４ａ、連結配線部１４ｂおよび上部配線部１４ｃから構成されている。以後の説明を分かり易くするために、配線パターン１４をこれら部位に区画しているが、これら部位は実際には一体に形成されている。
【００２８】
下部配線部１４ａは、絶縁層１３に被覆されている。絶縁層１３は、所定パターンにパターニングされており、下部配線部１４ａの一部が絶縁層１３の開口部１３ａから露出している。下部配線部１４ａの露出部が外部接続電極として機能するようになっており、当該露出部に半田ボールなどが形成され、半導体装置１がマザーボードなどの回路基板に実装される。
【００２９】
連結配線部１４ｂは、絶縁層１３及び基板１１を貫通するように形成され、上下端部において下部配線部１４ａと上部配線部１４ｃとに接続され、これら配線部を連結している。
【００３０】
上部配線部１４ｃは、絶縁層１２中に形成されている。上部配線部１４ｃには、ポスト１５が形成されている。ポスト１５は、絶縁層１２を貫通した状態で配線パターン１４上に立設されている。ポスト１５の先端部（頂部１５ｂ）は、絶縁層１２から露出している。絶縁層１２は、ポストの先端部（頂部１５ｂ）を突出させた状態でポスト１５の側面を被覆しており、ポスト１５を保護する保護層として機能している。
【００３１】
ポスト１５上には、半田バンプ１５ａが形成されている。半田バンプ１５ａは、半導体チップなどの電子デバイスと電気的にフリップチップ接続するための突起電極であり、たとえばスズ−銀−銅合金から構成されている。
【００３２】
図２の拡大部に示すとおり、ポスト１５は、頂部１５ｂから基部１５ｃに向けて先細り形状（逆テーパ状）を呈している。頂部１５ｂは、半田バンプ１５ａを介してコントローラＣの半導体チップＣ１と接続される部位である。基部１５ｃは、配線パターン１４の上部配線部１４ｃと接続された部位である。たとえば、頂部１５ｂの径は、半導体チップＣ１の電極Ｃ５（図１）の径に対し＋１０〜２０μｍであり、基部１５ｃの径は、半導体チップＣ１の電極Ｃ５の径に対し±１０μｍである。
【００３３】
ポスト１５がこのような形状を呈するため、ポスト１５の頂部１５ｂは、基部１５ｃより平面視したときの面積が広く、半導体チップＣ１との接続時における電極間の位置ずれを防止することができる。その一方、ポスト１５の基部１５ｃは、頂部１５ｂより平面視したときの面積が狭く、ポスト１５の形成時に上部配線部１４ｃとの位置ずれや、ポスト１５が所望の上部配線部１４ｃの隣の上部配線部１４ｃに誤って接続されるのを防止することができる。
【００３４】
なお、図２では省略しているが、基板１１、絶縁層１２および絶縁層１３と配線パターン１４との界面や、絶縁層１２とポスト１５との界面には、下地金属層が形成されている。このような下地金属層により、配線パターン１４やポスト１５の基板１１などに対する接着性が高められている。この下地金属層は、たとえばニッケルクロム合金や銅などから構成されている。
【００３５】
以上の構成を有する半導体装置１の各種寸法は、たとえば、下記のとおりに設計されている（図１〜図２参照）。
パッケージサイズ（多層配線基板１０）は、１１ｍｍ×１５ｍｍである。
チップサイズ（半導体チップＣ１）は、７ｍｍ×８ｍｍである。
貫通電極Ｃ３の直径ａは、２０μｍである。
貫通電極Ｃ３間のピッチｂは、３５μｍである。
貫通電極Ｃ３の直径ｃは、２０μｍである。
貫通電極Ｃ３間のピッチｄは、７０μｍである。
ポスト１５の直径ｅは、ほぼ２０μｍである。
半田バンプ１５ａ間のピッチｆは、７０μｍである。
外部接続電極（半田ボール）間のピッチｇは、８００μｍである。
半田バンプ１５ａの高さｈは、５μｍである。
ポスト１５の高さｉは、３５μｍである。
基板１１の厚みｊは、３８μｍである。
配線パターン１４の連結配線部１４ｂの高さｋは、３８μｍである。
【００３６】
ここで、半導体装置１において、コントローラＣ（半導体チップＣ１）には底面から多層配線基板１０側に向けて突出する電極Ｃ５が形成されている。この半導体チップＣ１の電極Ｃ５の高さと多層配線基板１０のポスト１５の高さとの合計Ｈ（図１参照）は、好ましくは３５μｍ以上であり、さらに好ましくは５０μｍ以上である。
【００３７】
この場合に、半導体チップＣ１の電極Ｃ５と多層配線基板１０のポスト１５とでいずれが高くてもよいが、好ましくはポスト１５を高くしてポスト１５の高さを３５μｍ以上確保する。これは（ｉ）半導体チップＣ１側で高さを確保しようとすると、半導体チップＣ１ごとに（枚葉ごとに）電極Ｃ５を製造しなければならず手間がかかるのに対し、多層配線基板１０側で高さを確保しようとする方がロールツーロール方式で容易にポスト１５を製造することができるからである。また、（ｉｉ）半導体チップＣ１と多層配線基板１０の歩留まりを考慮すると、多層配線基板１０側で高さを確保したほうがトータルの歩留まりが良いからである。従って、好ましくは、半導体チップＣ１の電極Ｃ５はパッド電極のみから構成し、電極Ｃ５にはバンプなどを形成しないのが良い。
【００３８】
［１−３．多層配線基板の製造方法］
続いて、多層配線基板１０の製造方法について説明する。
図３に示すとおり、レーザを用いて基板１１の所定位置に貫通孔Ａ１を形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ１）。その後、基板１１に金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ１を形成する（Ｓ２）。
【００３９】
その後、金属下地層Ｂ１の所定位置に銅を主成分とする金属をめっきし、金属下地層に金属層ＭＬ１を形成するとともに、貫通孔Ａ１にも金属層ＭＬ２を充填する（Ｓ３）。その後、金属層ＭＬ１から露出している金属下地層Ｂ１をエッチングして除去する（Ｓ４）。その結果、金属層ＭＬ１および金属層ＭＬ２から構成される配線パターン１４（下部配線部１４ａ、連結配線部１４ｂおよび上部配線部１４ｃ）が形成される。
【００４０】
その後、基板１１の上面側の配線パターン１４（上部配線部１４ｃ）上にキャスティングにより、ポリイミド樹脂よりなる絶縁層１２を形成し、配線パターン１４の上部配線部１４ｃを絶縁層１２で被覆する。併せて、基板１１の下面側にも、配線パターン上にキャスティングによりポリイミド樹脂よりなる絶縁層１３を形成し、配線パターン１４の下部配線部１４ａを絶縁層１３で被覆する（Ｓ５）。
【００４１】
ここで、本実施形態の絶縁層のキャスティングにおいては、上述のとおり、ボイドの発生を防止するために、ポリイミド樹脂の前駆体である粘度の低いワニスを回路間に充填し乾燥後、粘度の高いワニスをキャスティングする。このキャスティングは、平坦性を出すために複数回行う。
【００４２】
その後、絶縁層１２上に樹脂製のドライフィルムＤ１を貼付し、露光してドライフィルムＤ１を硬化させる（Ｓ６）。その後、レーザを用いてドライフィルムＤ１および絶縁層１２の所定位置に上部配線部１４ｃが露出するまで貫通孔Ａ２を形成する。それとともに、レーザを用いて絶縁層１３の所定位置にも下部配線部１４ａが露出するまで貫通孔（開口部１３ａ）を形成し、それらスミア（削りかす）を除去する（Ｓ７）。
【００４３】
その後、図４に示すとおり、ドライフィルムＤ１および貫通孔Ａ２に金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ２を形成するとともに、絶縁層１３および開口部１３ａにも金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ３を形成する（Ｓ８）。その後、金属下地層Ｂ３に樹脂製のドライフィルムＤ２を貼付するとともに、金属下地層Ｂ２に銅を主成分とする金属をめっきし、金属下地層Ｂ２に金属層ＭＬ３を形成し、さらに、貫通孔Ａ２にも金属層ＭＬ４を充填する（Ｓ９）。その後、ドライフィルムＤ１上の金属下地層Ｂ２および金属層ＭＬ３をエッチングして除去する（Ｓ１０）。その結果、金属層ＭＬ４から構成されるポスト１５が形成される。
【００４４】
その後、ポスト１５に半田をめっきして半田バンプ１５ａを形成し、半田バンプ１５ａおよびドライフィルムＤ１上にドライフィルムＤ３をラミネートし、露光してドライフィルムＤ３を硬化させる（Ｓ１１）。その後、金属下地層Ｂ３に形成されたドライフィルムＤ２を剥離する（Ｓ１２）。その後、金属下地層Ｂ３をエッチングして除去し、絶縁層１２上のドライフィルムＤ１，Ｄ３を同時に剥離する（Ｓ１３）。
以上のＳ１〜Ｓ１３の処理を経て多層配線基板１０を製造することができる。
【００４５】
［１−４．効果］
（基板の反り低減効果）
以上の多層配線基板１０及びそれを備えた半導体装置１によれば、キャスティングすることで、絶縁層１２，１３において、基板１１の流れ方向であるＭＤ方向と、基板１１の垂直方向であるＴＤ方向とにおいて強度を同じにすることができる。そのため、基板１１の両面に絶縁層１２，１３をビルドアップにより形成したとしても、これによる基板１１の反りを低減することができる。特に、基板１１を含む絶縁層のすべてを同じ材料により構成することにより、基板１１の反りをより効果的に低減することができる。
【００４６】
また、上下絶縁層１２及び１３を、対称構造とすることで基板１１の反りがなく、同時に低熱膨張を実現することができる。そのため、大きなサイズの基板であっても、実装ずれが生じることがない。
【００４７】
（ポリイミド樹脂を用いた効果）
基板１１を含む、絶縁層１２，１３のいずれか又はすべてをポリイミド樹脂に形成することで、良好な耐熱性と低誘電率、低線膨張係数からなる多層配線基板１０を提供することができる。また、ポリイミド樹脂を用いて、エポキシ系絶縁材料及びソルダーレジストを使用しないことで、良好な耐熱性、低誘電率及び低線膨張率を実現することが可能となり、基板１１が大きな場合でも、実装ずれがない。
【００４８】
このようなポリイミド樹脂により作製した多層配線基板１０は、剛性が高く、ガラスエポキシ基板と同様の扱いが可能で、キャリア不要なフレキシブル基板となる。そのため、従来の搬送設備にて対応が可能で、リフロー方式にも対応することができる。さらに、エポキシ系絶縁材料に比較して、安価な多層配線基板１０を作製することができる。
【００４９】
（配線パターン上にキャスティングで絶縁層を形成する効果）
絶縁層１２，１３をビルドアップするに当たって、キャスティング（溶液流延法（solution casting））により行うことで、フィルムに物理的な圧力を加えないため高分子の配向が起こらず、強度や光学特性などに方向性が生じない。
【００５０】
また、フィルムとして市販されている絶縁層は、規格品で、厚さが決まっているが、本実施形態のように、絶縁層１２，１３をキャスティングすることで、任意の厚みを形成でき、また例えば傾斜構造も作製可能である。そのため、不要な絶縁層厚さによる製品の肥大化も防止できる。また、信号の遅延を考慮した厚さを任意に設定することや、絶縁層として回路密度や目的にあったＣＴＥ（線膨張係数）の材料を用いることができ、設計の自由度が高まる。
【００５１】
半導体パッケージ実装構造は、上述のように、ＬＳＩチップ／ＮＣＰ（Non Conductive Paste）／インターポーザー／アンダーフィル／マザーボードの順で積層されている。このうち、ＬＳＩチップにおいてＣＴＥは小さく（３〜５ｐｐｍ）、マザーボードにおいて大きい。そこで、本実施形態では、例えば、半導体パッケージでは、多層配線基板１０において、絶縁層１２側（ＬＳＩチップ側）にＣＴＥの小さい材料を選択し、絶縁層１３側（マザーボード側）にＣＴＥの大きい材料を選択する。これにより、１次（ＬＳＩチップとの接続）、２次（マザーボードとの接続）接続端子への負荷を軽減できる。このように設計の自由度が極めて高い多層配線基板１０を提供することができる。
【００５２】
また、キャスティングでは、溶融押出成型法に比べ樹脂にかける熱量が低く（フィルム状樹脂のような溶融も不要）、熱安定剤などの添加量を低減できる。また、キャスティング時の溶融温度の設定によりカール具合を調整することができる。
【００５３】
また、このようなキャスティングにより、溶液をろ過する工程を設置できるため樹脂の塊（フィッシュアイ）が発生せず、キズもつきにくいため、絶縁層１２，１３に用いるための透明性の高いフィルムを成型できる。
【００５４】
このように、絶縁層１２，１３の成形にキャスティングを用いることで、厚み精度が高く、平滑性、透明性、光沢性に優れた絶縁層１２，１３を形成できるといったメリットがある。なお、このようにキャスティングを用いることで、融点が高く押出成形が難しいポリイミドフィルムによって絶縁層１２，１３を形成することが容易となる。
【００５５】
［２．第２の実施形態］
第２の実施形態は、多層配線基板の構成において第１の実施形態と異なるものであり、その他の構成については、第１の実施形態と同様であるので、以下では第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、多層配線基板の構成であっても、特に言及しない点については、第１の実施形態における説明を援用するものとする。
【００５６】
［２−１．多層配線基板の構成］
図５に示すとおり、本実施形態の多層配線基板２０は、基板２１の上部に絶縁層２２を備え、これと対称に基板２１の下部に絶縁層２３を備える。これらの絶縁層は、第１の実施形態と同様、ポリイミド樹脂により形成されており、基板２１に対してキャスティングを用いてビルドアップして形成される。このようにビルドアップされた絶縁層２２，２３のいずれか又は両方が、基板の流れ方向であるＭＤ方向と、基板の垂直方向であるＴＤ方向とにおいて強度を同じにすることができる。
【００５７】
基板２１上には、絶縁層２２から絶縁層２３にかけて３次元的構造を有する配線パターン２４が形成されている。配線パターン２４は主に、最上部配線部２４ａ、上部配線部２４ｂ、連結配線部２４ｃ、下部配線部２４ｄおよび最下部配線部２４ｅから構成されている。ここでは、第１の実施形態と同様、説明の便宜上、配線パターン２４をこれら部位に区画しているが、これら部位は実際には一体に形成されている。
【００５８】
下部配線部２４ｄ及び最下部配線部２４ｅは、絶縁層２３に被覆され、最下部配線部２４ｅの一部が絶縁層２３の開口部２３ａから露出している。最下部配線部２４ｅの露出部が外部接続電極として機能するようになっており、当該露出部に半田ボールなどが形成され、半導体装置１がマザーボードなどの回路基板に実装される。
【００５９】
連結配線部２４ｃは、基板２１を貫通するように形成され、上下端部において上部配線部２４ｂと下部配線部２４ｄとに接続され、これら配線部を連結している。
【００６０】
上部配線部２４ｂは絶縁層２２に被覆されており、この上部配線部２４ｂと接続した最上部配線部２４ａは、絶縁層２２の上部に露出して配置されている。絶縁層２２は、最上部配線部２４ａを突出させた状態となっている。
【００６１】
最上部配線部２４ａ上には、半田バンプ２５が形成され、最上部配線部２４ａは、半田バンプ２５を介してコントローラＣの半導体チップＣ１と接続される部位である。半田バンプ２５は、半導体チップなどの電子デバイスと電気的にフリップチップ接続するための突起電極であり、たとえばスズ−銀−銅合金から構成されている。
【００６２】
なお、第１の実施形態と同様、基板２１、絶縁層２２および絶縁層２３と配線パターン２４との界面には、下地金属層が形成されている。このような下地金属層により、配線パターン２４の基板２１などに対する接着性が高められている。この下地金属層は、たとえばニッケルクロム合金や銅などから構成されている。
【００６３】
以上の構成を有する多層配線基板２０の各種寸法は、たとえば、下記のとおりに設計されている（図５参照）。
（ａ）絶縁層２２に形成されたビアホールの直径は、１５μｍ〜１００の範囲で設計される。
（ｂ）ビアランドの幅は、１６０μｍより大きく設計される。
（ｃ）最上部配線部２４ａ間のスペースは、１５μｍより大きく設計される。
（ｄ）ラインの幅は、１５μｍより大きく設計される。
（ｅ）最上部配線部２４ａの厚さは、１８μｍより小さく設計される。
（ｆ）半田バンプ２５の厚さは、２〜８μｍの範囲で設計される。
（ｇ）最下部配線部２４ｅにおける開口部２３ａ間のピッチは、２５０μｍより小さく設計される。
（ｈ）最下部配線部２４ｅの間のスペースは、５０μｍより大きく設計される。
（ｉ）最下部配線部２４ｅの厚さは、１８μｍより小さく設計される。
（ｊ）基板２１の厚さは、１２．５，２５，３８，４０，５０μｍのいずれかにより設計される。
【００６４】
［２−２．多層配線基板の製造方法］
続いて、多層配線基板２０の製造方法について説明する。
図６に示すとおり、レーザを用いて基板２１の所定位置に貫通孔Ａ１を形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ１）。その後、基板２１に金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ１を形成する（Ｓ２）。
【００６５】
その後、基板２１の下面側の金属下地層Ｂ１に樹脂製のドライフィルムＤ１をラミネートし、上部配線部２４ｂ、連結配線部２４ｃ及び下部配線部２４ｄに対応するパターンのマスクを用いてドライフィルムＤ１を露光・現像することによって形成する。これにより、金属下地層Ｂ１を所定パターンの樹脂層（ドライフィルムＤ１）で被覆することとなる（Ｓ３）。
【００６６】
その後、ドライフィルムＤ１から露出している金属下地層Ｂ１の所定位置に銅を主成分とする金属をめっきし、金属下地層Ｂ１に金属層ＭＬ１及びＭＬ２を形成する（Ｓ４）。その後、ドライフィルムＤ１及びドライフィルムＤ１の位置にある金属下地層Ｂ１をエッチングして除去する（Ｓ５）。その結果、金属層ＭＬ１および金属層ＭＬ２から構成される配線パターン２４の一部（上部配線部２４ｂ、連結配線部２４ｃ及び下部配線部２４ｄ）が形成される。
【００６７】
その後、基板２１の上面側と下面側との双方に、ポリイミド樹脂を絶縁層２２及び２３としてキャスティングする。さらに、レーザを用いて絶縁層２２及び２３の所定位置に、配線パターン２４が露出するまで貫通孔Ａ２を形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ６）。その後、絶縁層２２及び２３に金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ２を形成する（Ｓ７）。
【００６８】
その後、絶縁層２２及び２３上に樹脂製のドライフィルムＤ２を貼付し、露光してドライフィルムＤ２を硬化させる（Ｓ８）。その後、図７に示すように、絶縁層２２及び２３の所定位置に銅を主成分とする金属をめっきし、絶縁層２２及び２３に金属層ＭＬ３及びＭＬ４を形成する（Ｓ９）。その後、ドライフィルムＤ２と、ドライフィルムＤ２の位置にある金属下地層Ｂ２をエッチングして除去する（Ｓ１０）。これにより、金属層ＭＬ３から最上部配線部２４ａが形成され、金属層ＭＬ４から最下部配線部２４ｅが形成される。
【００６９】
その後、基板２１の上面及び下面側と、配線部に樹脂製のドライフィルムＤ３をラミネートし、半田バンプ２５に対応するパターンを、マスクを用いて露光してドライフィルムＤ３を硬化させる。その後、絶縁層２２上に設けられた配線パターン２４の最上部配線部２４ａ上に、スズ−銀−銅合金からなる半田バンプ２５が形成される（Ｓ１１）。半田バンプ２５は、半導体チップなどの電子デバイスと電気的にフリップチップ接続するための突起電極である。その後、基板２１に形成されたドライフィルムＤ３を剥離する（Ｓ１２）。
【００７０】
その後、基板下面側にポリイミド樹脂をキャスティングする（絶縁層２３の残存部分の形成）。さらに絶縁層２３の所定位置に、レーザを用いて最下部配線層２４eが露出するまで貫通孔２３ａを形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ１３）。
以上のＳ１〜Ｓ１３の処理を経て多層配線基板２０を製造することができる。
【００７１】
［２−３．効果］
以上のような本実施形態における多層配線基板２０によれば、基板２１に対して絶縁層２２及び２３をビルドアップするに際して、配線パターン２４上にキャスティングにより絶縁層を形成する。これにより、絶縁層の厚みなど、設計の自由度が高いので、多層基板の作製を容易に行うことができる。そのため、ビア・オン・ビアやフィルドビアでの設計自由度、高密度実装、層間信頼性、層厚安定が高く、平坦性によるインピーダンス整合を得ることもできる。また、本実施形態の多層配線基板では、フィルドビアを用いることにより、接続強度を良好にすることができる。
【００７２】
［３．第３の実施形態］
第３の実施形態は、多層配線基板の構成において第１及び第２の実施形態と異なるものであるが、その他の構成については、第１及び第２の実施形態と同様であるので、以下では第１及び第２の実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、多層配線基板の構成についても、特に言及しない点については第１及び第２の実施形態における説明を援用するものとする。
【００７３】
［３−１．多層配線基板の構成］
図８に示すように、本実施形態に係る多層配線基板３０は、ベースとなる樹脂製の基板３１の下部に、絶縁層３２が形成され、この絶縁層３２の下部にさらに、絶縁層３３が形成されている。これらの絶縁層は、ポリイミド樹脂により形成されており、基板３１に対してキャスティングを用いてビルドアップして形成される。
【００７４】
第１の実施形態において説明したのと同様、このように絶縁層３２，３３のいずれか又は両方がビルドアップされることで、基板の流れ方向であるＭＤ方向（Machine Direction）と、基板の垂直方向であるＴＤ方向（Transverse Direction）とにおいて強度を同じにすることができる。
【００７５】
基板３１上では、絶縁層３２から絶縁層３３にかけて３次元的構造を有する配線パターン３４が形成されている。配線パターン３４は主に、上部配線部３４ａ、連結配線部３４ｂおよび下部配線部３４ｃから構成されている。ここでは、第１及び第２の実施形態と同様、説明の便宜上、配線パターン３４をこれら部位に区画しているが、これら部位は実際には一体に形成されている。
【００７６】
上部配線部３４ａは、絶縁層３２中に形成されている。上部配線部３４ａには、ポスト３５が形成されている。ポスト３５は、基板３１を貫通した状態で配線パターン３４上に立設されている。ポスト３５の先端部（頂部３５ｂ）は、基板３１からわずかに露出している。基板３１は、ポストの先端部（頂部３５ｂ）を突出させた状態でポスト３５の側面を被覆しており、ポスト３５を保護する保護層として機能している。
【００７７】
連結配線部３４ｂは、基板３１及び絶縁層３２を貫通するように形成されている。連結配線部３４ｂは、上部配線部３４ａと下部配線部３４ｃとに接続され、これら配線部を連結している。
【００７８】
下部配線部３４ｃは、絶縁層３３に被覆されている。絶縁層３３は、所定パターンにパターニングされており、下部配線部３４ｃの一部が絶縁層３３の開口部３３ａから露出している。下部配線部３４ｃの露出部が外部接続電極として機能するようになっており、当該露出部に半田ボールなどが形成され、半導体装置１がマザーボードなどの回路基板に実装される。
【００７９】
ポスト３５上には、半田バンプ３５ａが形成されている。半田バンプ３５ａは、半導体チップなどの電子デバイスと電気的にフリップチップ接続するための突起電極であり、たとえばスズ−銀−銅合金から構成されている。
【００８０】
なお、第１の実施形態と同様、基板３１、絶縁層３２および絶縁層３３と配線パターン３４との界面や、基板３１とポスト３５との界面には、下地金属層が形成されている。このような下地金属層により、配線パターン３４やポスト３５の基板３１などに対する接着性が高められている。この下地金属層は、たとえばニッケルクロム合金や銅などから構成されている。
【００８１】
以上の構成を有する多層配線基板３０の各種寸法は、たとえば、下記のとおりに設計されている（図８及び図９参照）。
パッケージサイズ（多層配線基板３０）は、１１ｍｍ×１５ｍｍである。
ポスト３５の直径ｅは、ほぼ２０μｍである。
半田バンプ３５ａ間のピッチｆは、７０μｍである。
外部接続電極（半田ボール）間のピッチｇは、８００μｍである。
半田バンプ３５ａの高さｈは、５μｍである。
ポスト３５の高さｉは、３５μｍである。
基板３１の厚みｊは、２５μｍである。
配線パターン３４の連結配線部３４ｂの高さｋは、３８μｍである。
【００８２】
ここで、半導体装置１において、コントローラＣ（半導体チップＣ１）には底面から多層配線基板３０側に向けて突出する電極Ｃ５が形成されている。この半導体チップＣ１の電極Ｃ５の高さと多層配線基板３０のポスト３５の高さとの合計Ｈ（図１参照）は、好ましくは３５μｍ以上であり、さらに好ましくは５０μｍ以上である。
【００８３】
［３−２．多層配線基板の製造方法］
続いて、多層配線基板３０の製造方法について説明する。
多層配線基板３０は、所定のロールに巻かれた長尺の基板３１が別のロールに巻き取られるように搬送され、その搬送過程で配線パターン３４などが形成されるロールツーロール方式により、製造される。
【００８４】
具体的には、はじめに、図９に示すとおり、基板３１に樹脂製のドライフィルムＤ１をラミネートし、露光してドライフィルムＤ１を硬化させる（Ｓ１）。その後、レーザを用いて基板３１およびドライフィルムＤ１の所定位置に貫通孔Ａ１を形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ２）。
【００８５】
その後、基板３１およびドライフィルムＤ１に金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ１を形成する（Ｓ３）。その後、基板３１の下面側の金属下地層Ｂ１に樹脂製のドライフィルムＤ２をラミネートする。そして、上部配線部３４ａに対応するパターンでドライフィルムＤ２を露光・現像し、金属下地層Ｂ１を所定パターンの樹脂層（ドライフィルムＤ２）で被覆する（Ｓ４）。
【００８６】
その後、ドライフィルムＤ１上の金属下地層Ｂ１とドライフィルムＤ２から露出している金属下地層Ｂ１とに、銅を主成分とする金属をめっきし、金属下地層Ｂ１上に金属層ＭＬ１を形成するとともに、貫通孔Ａ１にも金属層ＭＬ２を充填する（Ｓ５）。その後、基板３１の下面側の金属層ＭＬ１およびドライフィルムＤ２上に樹脂製のドライフィルムＤ３を貼付し、ドライフィルムＤ１の上面側の金属下地層Ｂ１および金属層ＭＬ１をエッチングして除去する（Ｓ６）。その結果、金属層ＭＬ１から構成されるポスト３５が形成される。
【００８７】
なお、Ｓ２の処理では、レーザの出力を調整して上方から下方にかけて徐々に低下させ、貫通孔Ａ１を先細り形状（逆テーパ状）に形成する。その結果、先細り形状のポスト３５を形成することができる（図８拡大部参照）。
【００８８】
その後、ポスト３５に半田をめっきして半田バンプ３５ａを形成し（Ｓ７）、基板３１に形成されたドライフィルムＤ１，Ｄ２，Ｄ３を剥離する（Ｓ８）。
【００８９】
その後、図１０に示すとおり、基板３１に樹脂製のドライフィルムＤ４を貼付するとともに、基板３１の下面においてドライフィルムＤ２で被覆されていた部分の金属下地層Ｂ１をエッチングして除去する（Ｓ９）。その結果、金属層ＭＬ２から構成される配線パターン３４の上部配線部３４ａが形成される。その後、基板３１の下面側にキャスティングにより、絶縁層３２をビルドアップし、配線パターン３４の上部配線部３４ａを絶縁層３２で被覆する（Ｓ１０）。
【００９０】
その後、ドライフィルムＤ４を剥離する（Ｓ１１）。続いて、レーザを用いて絶縁層３２の所定位置に上部配線部３４ａが露出するまで貫通孔Ａ２を形成し、そのスミア（削りかす）を除去する（Ｓ１２）。
【００９１】
その後、絶縁層３２、貫通孔Ａ２および上部配線部３４ａに金属をスパッタリングして金属下地層Ｂ２を形成する（Ｓ１３）。その後、基板３１に樹脂製のドライフィルムＤ５をラミネートする。これとともに、金属下地層Ｂ２にも樹脂製のドライフィルムＤ６をラミネートする。そして、下部配線部３４ｃおよび連結配線部３４ｂに対応するパターンのマスクを用いてドライフィルムＤ６を露光・現像し、金属下地層Ｂ２を所定パターンの樹脂層（ドライフィルムＤ６）で被覆する（Ｓ１４）。
【００９２】
その後、図１１に示すとおり、ドライフィルムＤ６から露出している金属下地層Ｂ２に銅を主成分とする金属をめっきし、金属下地層Ｂ２、貫通孔Ａ２および上部配線部３４ａに金属層ＭＬ２を形成する（Ｓ１５）。その後、ドライフィルムＤ６を剥離する（Ｓ１６）。その後、ドライフィルムＤ６で被覆されていた金属下地層Ｂ２をエッチングして除去する。その結果、金属層ＭＬ２から構成される配線パターン３４の下部配線部３４ｃおよび連結配線部３４ｂが形成される。
【００９３】
その後、ドライフィルムＤ５を剥離し、絶縁層３２、下部配線部３４ｃおよび連結配線部３４ｂに、ソルダーレジストを使用せずにポリイミド樹脂によりキャスティングを用いて絶縁層３３を形成し、レーザを用いて、絶縁層３３に開口部３３ａが形成することで、下部配線部３４ｃの一部が開口部３３ａから露出する（外部接続電極が形成される。）（Ｓ１７）。
以上のＳ１〜Ｓ１７の処理を経て多層配線基板３０を製造することができる。
【００９４】
［３−３．効果］
以上のような本実施形態の多層配線基板３０によれば、第１の実施形態同様、基板３１上に絶縁層３２，３３をビルドアップしたことで、基板３１の流れ方向であるＭＤ方向と、基板３１の垂直方向であるＴＤ方向とにおいて強度を同じにすることできる。これにより、基板３１の反りを低減することができる。特に、基板３１を含む絶縁層のすべてを同じ材料により構成することにより、基板３１の反りをより効果的に低減することができる。
【００９５】
基板３１を含む、絶縁層３２，３３のいずれか又はすべてをポリイミド樹脂により形成することで、良好な耐熱性と低誘電率、低線膨張係数からなる基板３１を提供することができる。また、ポリイミド樹脂を用いて、エポキシ系絶縁材料及びソルダーレジストを使用しないことで、良好な耐熱性、低誘電率及び低線膨張率を実現することが可能となり、基板３１が大きなサイズであっても、実装ずれがない。
【００９６】
さらに、絶縁層３２，３３をビルドアップするに当たって、キャスティングにより行うことで、フィルムに物理的な圧力を加えないため高分子の配向が起こらず、強度や光学特性などに方向性が生じない。
【符号の説明】
【００９７】
１…半導体装置
１０…多層配線基板
１１…基板
１２，１３…絶縁層
１３ａ…開口部
１４…配線パターン
１４ａ…下部配線部
１４ｂ…連結配線部
１４ｃ…上部配線部
１５…ポスト
１５ａ…半田バンプ
１５ｂ…頂部
１５ｃ…基部
２０…多層配線基板
２１…基板
２２，２３…絶縁層
２３ａ…開口部
２４…配線パターン
２４ａ…最上部配線部
２４ｂ…上部配線部
２４ｃ…連結配線部
２４ｄ…下部配線部
２４ｅ…最下部配線部
２５…半田バンプ
３０…多層配線基板
３１…基板
３２，３３…絶縁層
３３ａ…開口部
３４…配線パターン
３４ａ…上部配線部
３４ｂ…連結配線部
３４ｃ…下部配線部
３５…ポスト
３５ａ…半田バンプ
３５ｂ…頂部
Ａ１，Ａ２…貫通孔
Ｂ１〜Ｂ３…金属下地層
Ｃ…コントローラ
Ｃ１…チップ
Ｃ２…貫通孔
Ｃ３…貫通電極
Ｃ４…アンダーフィル
Ｃ５…電極
Ｄ１〜Ｄ６…ドライフィルム
ＭＬ１〜ＭＬ４…金属層
Ｓ…半導体チップ積層体
Ｓ１…半導体チップ
Ｓ２…貫通孔
Ｓ３…貫通電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースとなる樹脂製の基板と、
前記基板上に形成された配線パターンと、
前記配線パターンの一部をビルドアップして形成した絶縁層と、を有し、
前記絶縁層は、ＭＤ方向及びＴＤ方向において強度が同じであることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記絶縁層は、キャスティングにより形成したことを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記基板及び前記絶縁層のいずれか又はすべてが、ポリイミド樹脂によりなることを特徴とする請求項１又は２記載の多層配線基板。
【請求項４】
樹脂製の基板の所定位置に第１の貫通孔を形成する工程と、
前記基板の上面及び下面に第１の金属下地層を形成する工程と、
前記第１の金属下地層の所定位置に銅を主成分とする第１の金属層を形成するとともに、前記第１の貫通孔に銅を主成分とする第２の金属層を充填する工程と、
前記第１の金属層から露出している前記第１の金属下地層を除去し、前記第１及び第２の金属層から構成される配線パターンの一部を形成する工程と、
前記基板の上面側及び下面側であって、前記一部の配線パターン上に、ポリイミド樹脂よりなる絶縁層をキャスティングにより形成し、前記第１の金属層を被覆する工程と、
前記絶縁層の所定位置に前記配線パターンの一部が露出するまで第２の貫通孔を形成する工程と、
前記第２の貫通孔に第２の金属下地層を形成するとともに、前記絶縁層に第３の金属下地層を形成する工程と、
前記第２の金属下地層を形成した前記第２貫通孔に、銅を主成分とする第３の金属層を充填するとともに、前記第３の金属下地層に第４の金属層を形成する工程と、
前記第４の金属層より露出している前記第３の金属下地層を除去する工程と、
前記第２及び第３の金属層から構成される配線パターンの残り部分を形成する工程と、
を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項５】
半導体チップ積層体と、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層配線基板と、前記多層配線基板と半導体チップ積層体と、から構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
ベースとなる樹脂製の基板と、
前記基板上に形成された配線パターンと、
前記配線パターンの一部をビルドアップして形成した絶縁層と、を有し、
前記絶縁層は、ＭＤ方向及びＴＤ方向において強度が同じであることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記絶縁層は、キャスティングにより形成したことを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記基板及び前記絶縁層のいずれか又はすべてが、ポリイミド樹脂によりなることを特徴とする請求項１又は２記載の多層配線基板。
【請求項４】
樹脂製の基板の所定位置に第１の貫通孔を形成する工程と、
前記基板の上面及び下面に第１の金属下地層を形成する工程と、
前記第１の金属下地層の所定位置に銅を主成分とする第１の金属層を形成するとともに、前記第１の貫通孔に銅を主成分とする第２の金属層を充填する工程と、
前記第１の金属層から露出している前記第１の金属下地層を除去し、前記第１及び第２の金属層から構成される配線パターンの一部を形成する工程と、
前記基板の上面側及び下面側であって、前記一部の配線パターン上に、ポリイミド樹脂よりなる絶縁層をキャスティングにより形成し、前記第１の金属層を被覆する工程と、
前記絶縁層の所定位置に前記配線パターンの一部が露出するまで第２の貫通孔を形成する工程と、
前記第２の貫通孔に第２の金属下地層を形成するとともに、前記絶縁層に第３の金属下地層を形成する工程と、
前記第２の金属下地層を形成した前記第２貫通孔に、銅を主成分とする第３の金属層を充填するとともに、前記第３の金属下地層に第４の金属層を形成する工程と、
前記第４の金属層より露出している前記第３の金属下地層を除去する工程と、
前記第２及び第３の金属層から構成される配線パターンの残り部分を形成する工程と、
を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項５】
半導体チップ積層体と、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層配線基板と、前記多層配線基板と半導体チップ積層体と、から構成されることを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２０４６６２（Ｐ２０１２−２０４６６２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８６４２（Ｐ２０１１−６８６４２）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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