JP5005416B2 - Multilayer wiring board and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は多層配線基板及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、複数のビアが垂直方向に積み重なって相互接続されたスタックビア構造を有する多層配線基板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a multilayer wiring board and a manufacturing method thereof, and more particularly to a multilayer wiring board having a stacked via structure in which a plurality of vias are stacked in a vertical direction and interconnected, and a manufacturing method thereof.
従来、複数のビアが垂直方向に積み重なって相互接続されたスタックビア構造を有する多層配線基板がある。図1に示すように、従来技術のスタックビア構造を有する配線基板の一例では、基板100の上に設けられた下側配線層200の上に第1層間絶縁層300が設けられている。第1層間絶縁層300には下側配線層200に到達する第1ビアホールVH1が設けられている。第1ビアホールVH1内からその近傍の第1層間絶縁層300の上に上面が平坦な第1ビアパッド400が形成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a multilayer wiring board having a stacked via structure in which a plurality of vias are stacked and interconnected in a vertical direction. As shown in FIG. 1, in an example of a wiring board having a conventional stack via structure, a first
また、第1ビアパッド400の上に第2ビアホールVH2が設けられた第2層間絶縁層320が形成されており、第2ビアホールVH2内からその近傍の第2層間絶縁層320の上に上面が平坦な第2ビアパッド420が形成されている。
In addition, a second
さらに、第2ビアパッド420の上に第3ビアホールVH3が設けられた第3層間絶縁層340が形成されており、第3ビアホールVH3を介して第2ビアパッド420に接続される上側配線層220が第3層間絶縁層340の上に形成されている。
Further, a third
このように、第1〜第3ビアホールVH1〜VH3が垂直方向に積み重なって配置されており、下側配線層200は、第1及び第2ビアホールVH1,VH2に充填された第1、第2ビアパッド400,420を介して上側配線層220に電気的に接続されている。つまり、下側配線層200は第1〜第3層間絶縁層300,320,340を貫通して上側配線層220に電気的に接続されている。
As described above, the first to third via holes VH1 to VH3 are stacked in the vertical direction, and the
そのようなスタックビア構造を採用することによって、より小さな面積で層間接続が可能になるので、高密度実装に対応できる小型の配線基板を製造することができる。 By adopting such a stacked via structure, interlayer connection can be achieved with a smaller area, so that a small wiring board capable of accommodating high-density mounting can be manufactured.
特許文献1には、多層プリント配線板の製造方法において、層間絶縁層に壁面が粗面化された開口部を形成し、その開口部の粗面に沿って凹凸の無電解めっき膜を形成した後に、電解めっきに基づいて開口部の中に銅かならなる充填ビアホールを形成することにより、充填ビアホールの剥離やクラックを防止することが記載されている。
ところで、半導体チップ(LSIチップ)の高集積化・高性能化に伴って、それを実装するための配線基板の高密度化が進められている。そのような配線基板では、その製造工程や実使用環境で熱がかかると、異なる材料間の熱膨張係数の差によって発生する熱応力によって伸縮を繰り返し、層間接続の信頼性が問題になりやすい。特に上記したスタックビア構造の層間接続部では、下側のビアパッド400の上面と上側のビアパッド420の下側外周部との接続部(図1のA部)に応力が集中しやすく、それに起因して断線やクラックなどが発生することがあり、配線基板の歩留り低下の要因になる。
By the way, with the higher integration and higher performance of semiconductor chips (LSI chips), the density of wiring boards for mounting them is being increased. In such a wiring board, when heat is applied in the manufacturing process or the actual use environment, the expansion and contraction is repeated due to the thermal stress generated by the difference in the thermal expansion coefficient between different materials, and the reliability of interlayer connection tends to be a problem. In particular, in the interlayer via portion having the stacked via structure described above, stress tends to concentrate on the connecting portion (A portion in FIG. 1) between the upper surface of the
本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、信頼性の高い層間接続が得られるスタックビア構造を有する多層配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a multilayer wiring board having a stacked via structure that can provide highly reliable interlayer connection, and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するため、本発明は多層配線基板に係り、配線層を備えた基板と、前記配線層の上に形成され、前記配線層に到達するビアホールが設けられた層間絶縁層と、前記ビアホール内からその近傍の前記層間絶縁層の上に形成されたビアパッドとから構成される層間接続構造が複数積層されて、複数の前記ビアパッドが垂直方向に積み重なって相互接続されたスタックビア構造とを有し、前記ビアパッドは、前記ビアホール内に配置された部分と、前記層間絶縁層の上に配置された部分とが一体的に形成され、前記複数のビアパッドにおいて、各ビアパッドの上面中央部に周縁部より窪んだ凹部が設けられており、上側の前記ビアパッドの最下部が下側の前記ビアパッドの前記凹部の底面にそれぞれ配置されており、前記上側のビアパッドの最下部は、前記下側のビアパッドの前記凹部の側面から内側に間隔を空けて配置されており、前記間隔に前記層間絶縁層がリング状に設けられ、かつ、前記ビアホールは、上部から下部になるにつれて径が小さくなる順テーパー形状となっていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention relates to a multilayer wiring board, comprising: a board provided with a wiring layer; an interlayer insulating layer formed on the wiring layer and provided with a via hole reaching the wiring layer; A stacked via structure in which a plurality of interlayer connection structures each including a via pad formed on the interlayer insulating layer in the vicinity thereof from within a via hole is stacked, and the plurality of via pads are stacked in a vertical direction to be interconnected. And the via pad is formed integrally with a portion disposed in the via hole and a portion disposed on the interlayer insulating layer, and in the plurality of via pads, a peripheral edge is formed at a central portion of the upper surface of each via pad. a concave portion recessed are provided from section, and the bottom of the upper of said via pads are arranged respectively on a bottom surface of the recess of the lower side of the via pad, the upper via The lowermost portion of the pad is disposed with an interval inward from the side surface of the concave portion of the lower via pad, the interlayer insulating layer is provided in a ring shape at the interval, and the via hole is an upper portion It is characterized by a forward tapered shape in which the diameter decreases from the bottom to the bottom .
本発明の多層配線基板は、複数のビアパッドが垂直方向に積み重なって相互接続されたスタックビア構造を有する。各ビアパッドの上面中央部には凹部がそれぞれ設けられており、上側のビアパッドの最下部が下側のビアパッドの凹部の底面にそれぞれ配置されている。 The multilayer wiring board of the present invention has a stacked via structure in which a plurality of via pads are stacked and interconnected in the vertical direction. A concave portion is provided in the center of the upper surface of each via pad, and the lowermost portion of the upper via pad is disposed on the bottom surface of the concave portion of the lower via pad.
本発明では、ビアパッドの上面中央部に凹部を設けることにより、ビアパッドの凹部上ではその周縁部上よりも層間絶縁層のビアホールの深さが深く設定される。ビアホールは上部から下部になるにつれてその径が小さくなる順テーパー形状で形成されることから、同じ設計ルールのビアホールを形成する場合は、上側のビアホールの最下部は下側のビアパッドの上面が平坦な場合よりも凹部の深さ分に応じてその径が細くなって形成される。その結果、ビアホールに充填されるビアパッドにおいても、その最下部の径が下側のビアパッドの上面が平坦な場合よりも細くなって形成されることになる。 In the present invention, the depth of the via hole of the interlayer insulating layer is set deeper on the via pad recess than on the peripheral edge by providing the recess in the center of the upper surface of the via pad. Since the via hole is formed in a forward tapered shape whose diameter decreases from the top to the bottom, when forming a via hole of the same design rule, the uppermost via hole has a flat top surface of the lower via pad. The diameter is smaller than the case, depending on the depth of the recess. As a result, even in the via pad filled in the via hole, the diameter of the lowermost part is formed thinner than when the upper surface of the lower via pad is flat.
このことから、積層された複数のビアパッドを1本のビアポストとしてみた場合、ビアパッド間の各接続部が細くなって柔らかな柱が構成されるようになる。しかも、上側のビアホールの最下部が配置される下側のビアパッドの凹部の底面はその周縁部よりも下側に窪んで配置されるため、ビアパッドの周縁部が応力で変形するとしても凹部の底面にかかる応力が緩和される。 For this reason, when a plurality of stacked via pads are viewed as one via post, each connecting portion between the via pads is thinned to form a soft column. In addition, since the bottom surface of the concave portion of the lower via pad where the lowermost portion of the upper via hole is disposed is recessed below the peripheral edge portion, even if the peripheral edge portion of the via pad is deformed by stress, the bottom surface of the concave portion The stress applied to is relaxed.
これにより、多層配線基板に熱がかかって応力が発生するとしても、下側のビアパッドの凹部の底面と上側のビアホールの下側外周部との接続部に応力が集中することが回避されて応力が分散されるので、信頼性の高い層間接続を得ることができる。 As a result, even if heat is applied to the multilayer wiring board and stress is generated, it is avoided that stress is concentrated on the connection portion between the bottom surface of the concave portion of the lower via pad and the lower outer peripheral portion of the upper via hole. Is distributed, a highly reliable interlayer connection can be obtained.
また、上側のビアパッドの最下部が下側のビアパッドの凹部の底面にその側面から内側に間隔を空けて配置される場合は、上側のビアパッドの下部側面と下側のビアパッドの凹部の側面との間隔に層間絶縁層が充填された構造となる。これにより、アンカー効果によってビアパッドと層間絶縁層との密着性を向上させることができるので、層間接続の信頼性を向上させることができる。 In addition, when the lowermost portion of the upper via pad is disposed on the bottom surface of the concave portion of the lower via pad and spaced from the side surface to the inner side, the lower side surface of the upper via pad and the side surface of the concave portion of the lower via pad The gap is filled with an interlayer insulating layer. Thereby, the adhesion between the via pad and the interlayer insulating layer can be improved by the anchor effect, and the reliability of the interlayer connection can be improved.
上記した発明において、スタックビア構造の最上のビアパッドの上にそれに電気的に接続される上側配線層が形成され、下側の配線層は複数のビアパッドを介して上側配線層に電気的に接続される。 In the above-described invention, the upper wiring layer electrically connected to the upper via pad of the stacked via structure is formed, and the lower wiring layer is electrically connected to the upper wiring layer through the plurality of via pads. The
また、上面中央部に凹部が設けられたビアパッドはめっき法に基づいてビアホール内に形成され、めっき条件(時間)を調整することにより、ビアホールの上に凹部が配置されたビアパッドを得ることができる。あるいは、ビアホール上に上面が平坦なビアパッドを形成した後に、上面中央部を加工して凹部を形成してもよい。 Further, a via pad having a recess at the center of the upper surface is formed in the via hole based on a plating method, and a via pad having a recess disposed on the via hole can be obtained by adjusting the plating conditions (time). . Alternatively, after forming a via pad having a flat upper surface on the via hole, the central portion of the upper surface may be processed to form a recess.
以上説明したように、本発明では、多層配線基板のスタックビア構造において、ビアパッドの上面中央部に凹部を設けたので、複数のビアパッドの接続部に集中する応力を緩和することができ、層間接続の信頼性を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, in the stack via structure of the multilayer wiring board, the concave portion is provided in the central portion of the upper surface of the via pad, so that stress concentrated on the connection portion of the plurality of via pads can be relieved, and the interlayer connection Reliability can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図2は本発明の実施形態のスタックビア構造を有する多層配線基板を示す断面図、図3は本発明の実施形態に係る複数のビアパッドが積層された様子を模式的に示す斜視図である。 2 is a cross-sectional view showing a multilayer wiring board having a stacked via structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view schematically showing a state in which a plurality of via pads according to the embodiment of the present invention are stacked.
図2に示すように、本実施形態のスタックビア構造を有する多層配線基板では、樹脂などからなる絶縁性の基板10の上に第1配線層20が形成されている。第1配線層20の上に第1層間絶縁層30が形成されており、第1層間絶縁層30には第1配線層20の接続部に到達する第1ビアホールVH1が設けられている。
As shown in FIG. 2, in the multilayer wiring board having the stack via structure of the present embodiment, a
また、第1ビアホールVH1内からその近傍の第1層間絶縁層30上に第1ビアパッド40が形成されている。第1ビアパッド40は第1ビアホールVH1の主要部を埋め込んで形成されており、そのパッド部の径D1は第1ビアホールVH1の上部の径D2より大きく設定されている。第1ビアパッド40の上面中央部には凹部Cが設けられており、上面中央部は周縁部より下側に窪んでいる。第1ビアパッド40の凹部Cは後述するように、スタックビア構造を構成する際にビアパッドにかかる応力を緩和して層間接続の信頼性を向上させるために設けられる。第1ビアパッド40の凹部Cの深さは、5〜20μm(好適には5〜10μm)に設定される。
A
第1ビアホールVH1は、第1層間絶縁層30がレーザやドライエッチング(RIEなど)により加工されて形成されることから、その上部から下部になるにつれて径が小さくなる順テーパー形状で形成される。第1ビアホールVH1(第1ビアパッド40)のテーパー角(傾斜角)θは、45〜90°(例えば60〜80°)の間に設定される。第1ビアホールVH1の寸法の一例としては、上部の径D2が40〜120μm、下部の径D3が30〜100μm、高さHが10〜200μmに設定される。
The first via hole VH1 is formed in a forward tapered shape whose diameter decreases from the upper part to the lower part because the first
また、第1層間絶縁層30の上には第1ビアパッド40から分離して独立した第2配線層22が形成されている。
A
さらに、第1ビアパッド40の上に第2層間絶縁層32が形成されており、第2層間絶縁層32には第1ビアパッド40に到達する第2ビアホールVH2が設けられている。第2ビアホールVH2は第1ビアホールVH1と同一形状で形成され、その最下部が第1ビアパッド40の凹部C内の底面にその側面から内側に間隔Sを空けて配置されている。また、第2ビアホールVH2内からその近傍の第2層間絶縁層32上に、第1ビアパッド40と同一構造の上面中央部に凹部Cが設けられた第2ビアパッド42が形成されている。
Further, a second
これにより、第2ビアパッド42の最下部が第1ビアパッド40の凹部Cの底面に配置される。そして、第2ビアパッド42の下部側面と第1ビアパッド40の凹部Cの側面との間隔Sに第2層間絶縁層32がリング状に充填された構造となっている。間隔Sは、例えば5〜10μmに設定される。また、第2層間絶縁層32上に第2ビアパッド42から分離して独立した第3配線層24が形成されている。
As a result, the lowermost portion of the
さらに、同様に、第2ビアパッド42の上に第3層間絶縁層34が形成されており、第3層間絶縁層34には第2ビアパッド42に到達する第3ビアホールVH3が設けられている。第3ビアホールVH3も第1ビアホールVH1と同一形状で形成され、その最下部が第2ビアパッド42の凹部C内の底面に配置されている。そして、同様に、第3ビアホールVH3内からその近傍の第3層間絶縁層34上に、第1ビアパッド40と同一構造の上面中央部に凹部Cが設けられた第3ビアパッド44が形成されている。第3層間絶縁層34上には第3ビアパッド44から分離して独立した第4配線層26が形成されている。
Further, similarly, a third
さらに、同様に、第3ビアパッド44の上に第4層間絶縁層36が形成されており、第4層間絶縁層36には第3ビアパッド44に到達する第4ビアホールVH4が設けられている。第4ビアホールVH4も第1ビアホールVH1と同一形状で形成され、その最下部が第3ビアパッド44の凹部C内の底面に配置されている。そして、第4ビアホールVH4を介して第3ビアパッド44に接続される第5配線層28(上側配線層)が第4層間絶縁層36の上に形成されている。
Furthermore, similarly, a fourth
このようにして、第1配線層20の上に第1ビアホールVH1が設けられた第1層間絶縁層30と、第1ビアホールVH1に設けられた第1ビアパッド40とによって1つの層間接続構造が構成されている。そして、その層間接続構造が複数積層されて、第1〜第3ビアパッド40,42,44が垂直方向に積み重なって相互接続されることによって、スタックビア構造5が構成されている。
Thus, one interlayer connection structure is constituted by the first
第1〜第3ビアパッド40,42,44においては、上側のビアパッドの最下部が下側のビアパッドの凹部Cの底面にそれぞれ配置され、上側のビアパッドの下部側面と下側のビアパッドの凹部Cの側面との間隔Sに各層間絶縁層30,32,34がリング状にそれぞれ設けれている。
In the first to third via
そして、第1配線層20は積層された第1〜第3ビアパッド40,42,44を介して第5配線層28に電気的に接続されている。つまり、第1配線層20は積層された4つの第1〜第4層間絶縁層30〜36を貫通して第5配線層28に電気的に接続されている。
The
図3には、5つのビアパッドが積層された例が模式的に描かれている。図3に示すように、上面中央部に凹部Cが設けられた複数のビアパッド40が、それらの凹部Cが上側になった状態で複数積み重なっており、上側の各ビアパッド40の下部が下側の各ビアパッド40の凹部Cに沈み込むように配置されている。これによって、複数の層間を貫通する1本の柱状のビアポストが構成されている。図3では最上のビアパッド40が接続電極となる例が示されており、最上のビアパッド40の上面は平坦となっている。
FIG. 3 schematically illustrates an example in which five via pads are stacked. As shown in FIG. 3, a plurality of via
このようなスタックビア構造を採用することにより、より小さな面積で層間接続が可能になるので、多層配線基板の高密度化を図ることができ、高性能な半導体チップの実装基板として使用することができる。 By adopting such a stacked via structure, interlayer connection can be achieved in a smaller area, so that the density of the multilayer wiring board can be increased and it can be used as a mounting board for high-performance semiconductor chips. it can.
なお、図2では、基板10の上に5層配線(第1〜第5配線層20,22,24,26,28)が形成され、第1配線層20と第5配線層28とがスタックビア構造5を介して接続された形態を例示したが、ビアパッドの積層数は任意に設定することができる。また、第1配線層20は基板10上の任意の層間絶縁層の上に形成されていてもよい。
In FIG. 2, five-layer wiring (first to fifth wiring layers 20, 22, 24, 26, and 28) is formed on the
また、コア基板10の下面側に基板10を軸にして対称になるように同様な構成のスタックビア構造5を有する積層配線層を形成してもよい。この形態の場合は、基板10に貫通電極が設けられて両面側の配線層が貫通電極を介して相互接続される。またこの場合、コア基板10の下面側に形成されたスタックビア構造は、基板10を上下反転させてみたときに、ビアホールやビアパッドの形状が前述した構造と同一になっていることはいうまでもない。
Also, a laminated wiring layer having the stack via
ところで、多層配線基板には、その製造工程やそれに半導体チップを実装する際、又は実使用環境において様々な熱がかかることになる。このとき、多層配線基板では、熱膨張係数が異なる材料(配線層、層間絶縁層、それに実装される半導体チップなど)が混在するため、熱応力の発生によって伸縮を繰り返すことになる。特にスタックビア構造ではビアパッドの接続部に応力が集中する傾向があり、ビアパッドや層間絶縁層にクラックが発生するなどして層間接続の十分な信頼性が得られない場合がある。 By the way, various heat is applied to the multilayer wiring board in the manufacturing process, when a semiconductor chip is mounted thereon, or in an actual use environment. At this time, in the multilayer wiring board, since materials having different thermal expansion coefficients (wiring layers, interlayer insulating layers, semiconductor chips mounted thereon, etc.) are mixed, the expansion and contraction is repeated due to the generation of thermal stress. In particular, in the stacked via structure, stress tends to concentrate on the connection portion of the via pad, and cracks may occur in the via pad and the interlayer insulating layer, so that sufficient reliability of the interlayer connection may not be obtained.
本実施形態の多層配線基板のスタックビア構造5では、前述したように、積層された各ビアパッド40,42,44の上面中央部に凹部Cがそれぞれ設けられており、上側のビアパッドの最下部が下側のビアパッドの凹部Cの底面にそれぞれ配置される。これにより、ビアパッド上において凹部C上ではその周縁部上よりも層間絶縁層の膜厚が凹部Cの深さ分だけ厚く設定されることになる。
In the stacked via
ビアホールは上部から下部になるにつれてその径が小さくなる順テーパー形状で形成されることから、同じ設計ルールのビアホールを形成する場合は、本実施形態のビアホールの最下部は、下側のビアパッドの上面が平坦な場合よりもその径が細くなって形成される。その結果、ビアホールに充填されるビアパッドにおいても、その最下部の径が下側のビアパッドの上面が平坦な場合よりも細く設定されることになる。 Since the via hole is formed in a forward tapered shape whose diameter decreases from the upper part to the lower part, when forming a via hole having the same design rule, the lowermost part of the via hole of this embodiment is the upper surface of the lower via pad. Is formed with a smaller diameter than in the case of flat. As a result, also in the via pad filled in the via hole, the diameter of the lowermost part is set to be thinner than when the upper surface of the lower via pad is flat.
このことから、図2の積層された第1〜第3ビアパッド40,42,44及び第4ビアホールVH4内の第5配線層28を一本のビアポストとしてみた場合、各ビアパッド40,42,42間の接続部がビアパッドの上面が平坦な場合よりも細くなって柔らかな柱が構成されるようになる。しかも、上側のビアホールの最下部が配置される下側のビアパッドの凹部Cの底面は、その周縁部より下側に窪んで配置されるため、ビアパッドの周縁部が応力で変形するとしても凹部Cの底面(ビアパッド間の接続部A(図2))にかかる応力は緩和されることになる。
Therefore, when the first to third via
このような理由から、多層配線基板内で熱応力が発生するとしても、ビアパッドの凹部の底面とビアホールの下側外周部との接続部に応力が集中することが回避されて応力が分散されることになる。 For this reason, even if thermal stress occurs in the multilayer wiring board, stress is dispersed by avoiding stress concentration at the connection portion between the bottom surface of the recess of the via pad and the lower outer periphery of the via hole. It will be.
以上のように、本実施形態の多層配線基板のスタックビア構造5では、ビアパッドの上面中央部に凹部を設け、その凹部の底面に上側のビアホールの最下部が配置されるようにしたことから、ビアパッドにかかる応力が分散されて緩和されるので、信頼性の高い層間接続を得ることができる。
As described above, in the stacked via
また、上側のビアパッドの下部側面と下側のビアパッドの凹部Cの側面との間隔Sに層間絶縁層がリング状に充填された構造となるので、アンカー効果によってビアパッドと層間絶縁層との密着性を向上させることができ、層間接続の高い信頼性が確保される。 Further, since the interlayer insulating layer is filled in a ring shape in the space S between the lower side surface of the upper via pad and the side surface of the recess C of the lower via pad, the adhesion between the via pad and the interlayer insulating layer is achieved by the anchor effect. And high reliability of interlayer connection is ensured.
本願発明者は、本実施形態に係るスタックビア構造の効果を確認するためシミュレーションを行った。本実施形態に係るスタックビア構造に180℃の範囲(20〜200℃)の熱サイクルが施される場合を想定し、下側のビアパッドの上面と上側のビアパッドの下側外周部との接続部近傍にかかるストレスを軸対称モデルで解析した。 The inventor of the present application performed a simulation to confirm the effect of the stacked via structure according to the present embodiment. Assuming that the stack via structure according to this embodiment is subjected to a thermal cycle in the range of 180 ° C. (20 to 200 ° C.), a connection portion between the upper surface of the lower via pad and the lower outer peripheral portion of the upper via pad The stress applied in the vicinity was analyzed with an axisymmetric model.
そして、ビアパッドの表面が平坦な場合(従来技術)とビアパッドの上面中央部に凹部が設けられた場合(本実施形態)とについて比較した。スタックビア構造の内部にかかるストレスにおいて、最大値が1になるように規格化(Normalized)することにより、0〜0.2、0.2〜0.4、0.4〜0.6、0.6〜0.8、0.8〜1の5つのストレス強度に分割してスタックビア構造の内部のストレス分布を算出した。 A comparison was made between the case where the surface of the via pad is flat (prior art) and the case where a recess is provided in the center of the upper surface of the via pad (this embodiment). By normalizing so that the maximum value becomes 1 in the stress applied to the inside of the stacked via structure, 0 to 0.2, 0.2 to 0.4, 0.4 to 0.6, 0 The stress distribution inside the stacked via structure was calculated by dividing into five stress intensities of .6 to 0.8 and 0.8 to 1.
図4に示すように、ビアパッドの表面が平坦な場合(従来技術)では、下側のビアパッドの上面と上側のビアパッドの下側外周部との接続部の近傍の表層部Aに、0.8〜1のかなり大きなストレスがかかることが確認された。表層部Aより内部の表層部Bには表層部Aより弱い0.6〜0.8のストレスがかかり、さらに内部の表層部Cには表層部Bより弱い0.4〜0.6のストレスがかかることが確認された。さらに、表層部Cより内部の表層部Dには0.2〜0.4のストレスがかかり、さらに内部の表層部Eには0〜0.2のストレスがかかることが確認された。 As shown in FIG. 4, when the surface of the via pad is flat (conventional technology), the surface layer portion A in the vicinity of the connection portion between the upper surface of the lower via pad and the lower outer periphery of the upper via pad is set to 0.8 It was confirmed that a considerably large stress of ˜1 was applied. A stress of 0.6 to 0.8, which is weaker than that of the surface layer portion A, is applied to the surface layer portion B inside the surface layer portion A, and further, a stress of 0.4 to 0.6 which is weaker than that of the surface layer portion B is applied to the inner surface layer portion C. Has been confirmed. Further, it was confirmed that a stress of 0.2 to 0.4 was applied to the inner surface layer portion D from the surface layer portion C, and a stress of 0 to 0.2 was applied to the inner surface layer portion E.
このように、ビアパッドの表面が平坦な場合(従来技術)では、スタックビア構造の内部になるにつれてストレスが緩和されるものの、下側のビアパッドの上面と上側のビアホールの下側外周部との接続部近傍の表層部Aにかなり大きなストレスがかかることが分った。このため、従来技術のスタックビア構造では、ストレスによって断線やクラックが発生して層間接続の信頼性が問題になる可能性がある。 Thus, when the surface of the via pad is flat (prior art), the stress is reduced as it enters the stacked via structure, but the connection between the upper surface of the lower via pad and the lower outer periphery of the upper via hole. It was found that a considerably large stress is applied to the surface layer portion A in the vicinity of the portion. For this reason, in the conventional stack via structure, disconnection and cracks may occur due to stress, and reliability of interlayer connection may become a problem.
これに対して、図5に示すように、ビアパッドの上面中央部に凹部を設ける場合(本実施形態)では、下側のビアパッドの凹部の底面と上側のビアパッドの下側外周部との接続部の近傍の表層部Aには0.4〜0.6のストレスがかかっており、従来技術よりもストレスが半分程度に低減されることが分かった。表層部Aより内部の表層部Bには0.2〜0.4のストレスがかかり、さらに内部の表層部Cには0〜0.2のストレスがかかっており、厚み方向においてもストレスが緩和されることが分った。 On the other hand, as shown in FIG. 5, in the case where a recess is provided in the central portion of the upper surface of the via pad (this embodiment), the connection portion between the bottom surface of the recess of the lower via pad and the lower outer peripheral portion of the upper via pad. It was found that the surface layer portion A in the vicinity of is applied with a stress of 0.4 to 0.6, and the stress is reduced to about half that of the prior art. A stress of 0.2 to 0.4 is applied to the surface layer portion B inside the surface layer portion A, and a stress of 0 to 0.2 is applied to the inner surface layer portion C, and the stress is also reduced in the thickness direction. I found out that it would be.
次に、本実施形態の多層配線基板のスタックビア構造を形成する方法について説明する。図6(a)に示すように、まず、第1配線層20を備えた樹脂などの絶縁材料からなる基板10を用意する。その後に、基板10の上にエポキシ樹脂などの樹脂フィルムを貼着するなどして第1配線層20を被覆する第1層間絶縁層30を形成する。さらに、図6(b)に示すように、レーザ、又はフォトリソグラフィ及びエッチング(RIEなど)によって第1層間絶縁層30を加工することにより、第1配線層20の接続部に到達する第1ビアホールVH1を形成する。このとき、第1ビアホールVH1は上部から下部になるにつれて径が小さくなる順テーパー形状で形成される。
Next, a method for forming the stacked via structure of the multilayer wiring board according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 6A, first, a
続いて、図6(c)に示すように、第1ビアホールVH1内及び第1層間絶縁層30の上に銅などからなるシード層40aを形成する。次いで、図7(a)に示すように、第1ビアパッドが配置される部分に開口部12xが設けられたレジスト12を形成する。続いて、図7(b)に示すように、シード層40aをめっき給電経路に利用する電解めっきにより銅などからなる金属めっき層40bを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, a
このとき、めっき条件(時間)を調整することにより、レジスト12の開口部12x内の金属めっき層40bが第1ビアホールVH1の主要部に埋め込まれると共に、中央部に周縁部より窪んだ凹部Cが設けられるようにする。つまり、第1ビアホールVH1の内面から成長する金属めっき層40bを十分に形成するとその上面が平坦になって形成されるが、めっき条件(時間)を調整することによってその上面が平坦になる前にめっきを終了させる。
At this time, by adjusting the plating condition (time), the
次いで、図7(c)に示すように、レジスト12を除去した後に、金属めっき層40bをマスクにしてシード層40aをエッチングして除去する。これにより、第1ビアホールVH1内からその近傍の第1層間絶縁層30の上に前述したような上面中央部に凹部Cが設けられた第1ビアパッド40が形成される。第1ビアパッド40はシード層40aと金属めっき層40bとによって構成される。
Next, as shown in FIG. 7C, after removing the resist 12, the
その後に、図6(a)〜図7(c)の工程を繰り返すことに基づいて、第1ビアパッド40の凹部Cの上に同様な形状のビアパッドを積層して配置することにより、前述した図2に示したスタックビア構造5を有する多層配線基板を製造することができる。
Thereafter, by repeating the steps of FIG. 6A to FIG. 7C, the same shape of the via pad is stacked on the concave portion C of the first via
第1ビアパッド40の別の形成方法としては、図8(a)に示すように、まず、図7(b)の工程で、金属めっき層40bの上面が平坦になるまで電解めっきを行う。さらに、図8(b)に示すように、レジスト12を除去した後に、金属めっき層40bをマスクにしてシード層40aをエッチングして除去することにより、上面が平坦な第1ビアパッド40xを得る。
As another method of forming the first via
さらに、図8(c)に示すように、第1ビアパッド40xの上面中央部上に開口部14xが設けられたレジスト14を形成する。続いて、図9(a)に示すように、レジスト14をマスクにして開口部14x内の第1ビアパッド40xをドライエッチングやレーザによって加工して除去した後に、レジスト14を除去する。これにより、図9(b)に示すように、図7(c)と同様な上面中央部に凹部Cが設けられた第1ビアパッド40が得られる。
Further, as shown in FIG. 8C, a resist 14 having an
なお、前述した図7(a)の工程において、レジスト12を形成せずにシード層40a上の全体にわたって金属めっき層40bを形成し、その後にレジストをパターニングし、そのレジストをマスクにして金属めっき層40b及びシード層40aをエッチングすることにより、同様な凹部Cを備えた第1ビアパッド40を形成してもよい。
7A, the
5…スタックビア構造、10…基板、12,14…レジスト、12x,14x…開口部、20…第1配線層、22…第2配線層、24…第3配線層、26…第4配線層、28…第5配線層、30…第1層間絶縁層、32…第2層間絶縁層、34…第3層間絶縁層、36…第4層間絶縁層、40…第1ビアパッド、40a…シード層、40b…金属めっき層、42…第2ビアパッド、44…第3ビアパッド、VH1…第1ビアホール、VH2…第2ビアホール、VH3…第3ビアホール、VH4…第4ビアホール、C…凹部、S…間隔。
5 ... Stack via structure, 10 ... Substrate, 12, 14 ... Resist, 12x, 14x ... Opening, 20 ... First wiring layer, 22 ... Second wiring layer, 24 ... Third wiring layer, 26 ... Fourth wiring layer , 28 ... fifth wiring layer, 30 ... first interlayer insulating layer, 32 ... second interlayer insulating layer, 34 ... third interlayer insulating layer, 36 ... fourth interlayer insulating layer, 40 ... first via pad, 40a ...
Claims (6)
前記配線層の上に形成され、前記配線層に到達するビアホールが設けられた層間絶縁層と、前記ビアホール内からその近傍の前記層間絶縁層の上に形成されたビアパッドとから構成される層間接続構造が複数積層されて、複数の前記ビアパッドが垂直方向に積み重なって相互接続されたスタックビア構造とを有し、
前記ビアパッドは、前記ビアホール内に配置された部分と、前記層間絶縁層の上に配置された部分とが一体的に形成され、前記複数のビアパッドにおいて、各ビアパッドの上面中央部に周縁部より窪んだ凹部が設けられており、上側の前記ビアパッドの最下部が下側の前記ビアパッドの前記凹部の底面にそれぞれ配置されており、
前記上側のビアパッドの最下部は、前記下側のビアパッドの前記凹部の側面から内側に間隔を空けて配置されており、前記間隔に前記層間絶縁層がリング状に設けられ、かつ、
前記ビアホールは、上部から下部になるにつれて径が小さくなる順テーパー形状となっていることを特徴とする多層配線基板。 A substrate with a wiring layer;
An interlayer connection comprising an interlayer insulating layer formed on the wiring layer and provided with a via hole reaching the wiring layer, and a via pad formed on the interlayer insulating layer in the vicinity from within the via hole A stacked via structure in which a plurality of structures are stacked and a plurality of the via pads are stacked and interconnected in a vertical direction;
In the via pad, a portion disposed in the via hole and a portion disposed on the interlayer insulating layer are integrally formed, and in the plurality of via pads, the via pad is depressed from the peripheral portion at the center of the upper surface of each via pad. A concave portion is provided, and a lowermost portion of the upper via pad is disposed on a bottom surface of the concave portion of the lower via pad,
The lowermost portion of the upper via pad is disposed with an interval inward from the side surface of the recess of the lower via pad, and the interlayer insulating layer is provided in a ring shape in the interval, and
The multilayer wiring board according to claim 1, wherein the via hole has a forward tapered shape with a diameter decreasing from the top to the bottom .
前記配線層は、前記複数のビアパッドを介して前記上側配線層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の多層配線基板。 An upper wiring layer electrically connected to the uppermost via pad of the stacked via structure;
The multilayer wiring board according to claim 1 , wherein the wiring layer is electrically connected to the upper wiring layer through the plurality of via pads.
前記配線層の上に層間絶縁層を形成する工程と、前記層間絶縁層を加工することにより配線層に到達するビアホールを形成する工程と、前記ビアホール内からその近傍の前記層間絶縁層の上にビアパッドを形成する工程とにより層間接続構造を形成し、前記層間接続構造を積層することにより、複数の前記ビアパッドが垂直方向に積み重なって配置されて相互接続されたスタックビア構造を得る工程とを有し、
前記スタックビア構造を得る工程において、各ビアパッドの上面中央部に周縁部より窪んだ凹部を設け、下側の前記ビアパッドの前記凹部の底面に上側の前記ビアパッドの最下部を配置し、かつ、
前記ビアパッドは、前記ビアホール内に配置された部分と、前記層間絶縁層の上に配置された部分とが一体的に形成され、
前記ビアホールを形成する工程において、前記ビアホールの最下部が前記下側のビアパッドの前記凹部の側面から内側に間隔を空けて配置され、前記ビアパッドを形成する工程で、前記ビアパッドの下部側面と前記下側のビアパッドの前記凹部の側面と間隔に前記層間絶縁層がリング状に配置され、かつ、
前記ビアホールを形成する工程において、レーザ又はエッチングが採用され、前記ビアホールは、上部から下部になるにつれて径が小さくなる順テーパー形状で形成されることを特徴とする多層配線基板の製造方法。 Preparing a substrate with a wiring layer;
Forming an interlayer insulating layer on the wiring layer; forming a via hole reaching the wiring layer by processing the interlayer insulating layer; and on the interlayer insulating layer in the vicinity thereof from within the via hole. Forming an interlayer connection structure by forming a via pad, and stacking the interlayer connection structure to obtain a stacked via structure in which a plurality of the via pads are stacked in a vertical direction to be interconnected. And
In the step of obtaining the stacked via structure, a concave portion recessed from the peripheral edge portion is provided at the center of the upper surface of each via pad, the lowermost portion of the upper via pad is disposed on the bottom surface of the concave portion of the lower via pad, and
The via pad is integrally formed with a portion arranged in the via hole and a portion arranged on the interlayer insulating layer,
In the step of forming the via hole, a lowermost portion of the via hole is disposed inwardly from a side surface of the concave portion of the lower via pad, and in the step of forming the via pad, the lower side surface of the via pad and the lower side of the via pad are formed. The interlayer insulating layer is arranged in a ring shape between the side surface and the space of the concave portion of the via pad on the side, and
In the step of forming the via hole, laser or etching is employed, and the via hole is formed in a forward tapered shape whose diameter decreases from the upper part to the lower part .
前記配線層は、前記複数のビアパッドを介して前記上側配線層に電気的に接続されることを特徴とする請求項3に記載の多層配線基板の製造方法。 After the step of obtaining the stacked via structure, the method further includes a step of forming an upper wiring layer electrically connected to the uppermost via pad.
The method of manufacturing a multilayer wiring board according to claim 3 , wherein the wiring layer is electrically connected to the upper wiring layer through the plurality of via pads.
前記ビアパッドはめっき法に基づいて形成され、めっき条件を調整することにより、前記ビアホールの上に前記凹部が配置された前記ビアパッドを得ることを特徴とする請求項3又は4に記載の多層配線基板の製造方法。 In the step of forming the via pad,
5. The multilayer wiring board according to claim 3 , wherein the via pad is formed based on a plating method, and the via pad in which the concave portion is disposed on the via hole is obtained by adjusting a plating condition. Manufacturing method.
前記ビアホール内からその近傍の前記層間絶縁層の上に上面が平坦なビアパッドを形成する工程と、
前記ビアパッドの上面中央部を加工して除去することにより、前記凹部が設けられた前記ビアパッドを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の多層配線基板の製造方法。 The step of forming the via pad includes
Forming a via pad having a flat upper surface on the interlayer insulating layer in the vicinity thereof from within the via hole;
5. The method of manufacturing a multilayer wiring board according to claim 3 , further comprising: forming the via pad provided with the concave portion by processing and removing a central portion of the upper surface of the via pad.
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