JP2004311919A

JP2004311919A - スルーホールフィル方法

Info

Publication number: JP2004311919A
Application number: JP2003192709A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Mashino; 直寛眞篠
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填し、ボイド等の欠陥のないヴィアを形成し得るスルーホールフィル方法を提供する。
【解決手段】絶縁性材料から成る基板２０に形成したスルーホール内に、めっきによって金属を充填する際に、該スルーホールとして、縦断面形状が鼓状のスルーホール２６を基板２０に形成し、次いで、スルーホール２６の内壁面の全面に金属から成るシード層２８を形成した後、スルーホール２６の横断面積が最小となる最狭部分２６ａから金属を充填するように、シード層２８を給電層とする電解めっきを施すことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスルーホールフィル方法に関し、更に詳細には絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内に、めっきによって金属を充填するスルーホールフィル方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置等の電子部品には、図６に示す多層配線基板が用いられている。図６に示す多層配線基板は、セラミックや樹脂等の絶縁性材料から成るコア基板１００の両面側に形成された配線パターン１０２，１０２・・と、樹脂等の絶縁性材料から成る絶縁層１２，１２・・に形成された配線パターン１４，１４・・とは、コア基板１００を貫通して形成されたヴィア１０４，１０４・・及び絶縁層１２，１２・・に形成されたヴィア１８，１８・・によって電気的に接続されている。
かかるコア基板１００の製造方法は、例えば下記に示す特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６３５７号公報
（［００３４］〜［００４７］、図２，図３）
【０００４】
上記特許文献１に記載されたコア基板１００の製造方法を図７によって説明する。
先ず、ドリル等によってコア基板１００に形成した貫通孔１０６の内壁面を含むコア基板１００の全表面に、無電解めっきによって形成した金属層１０８を給電層とする電解めっきによって、厚付した金属層１１０を形成する［図７（ａ），（ｂ）］。
更に、金属層１０８，１１０が内壁面に形成された貫通孔１０６に、その両開口部に傘状部１１２ａが形成できるように樹脂１１２を充填した後［図７（ｃ）］、傘状部１１２ａをマスクとして、金属層１１０にエッチングを施して薄くして薄金属層１１０ａとする［図７（ｄ）］。
次いで、傘状部１１２ａは研磨等によって除去し、樹脂１１２の露出面も薄金属層１１０ａと同一面とした後［図７（ｅ）］、無電解めっきによって薄金属層１１０ａ及び樹脂１１２の露出面に金属層１１４を形成することによって、コア基板１００を貫通するヴィア１０４を形成できる。「［図７（ｆ）］。
その後、金属層１０８，薄金属層１１０ａ及び金属層１１４から成る金属層にパターニングを施して所望形状の配線パターン１０２，１０２・・を形成し［図７（ｇ）］、図６に示すコア基板１００を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６及び図７に示すコア基板１００によれば、ヴィア１０４，１０４・・の両端部上に配線パターン１０２を形成でき、配線パターン１０２の設計上の自由度を向上できる。
しかし、コア基板１００のヴィア１０４は、電気特性が大きく異なる金属と樹脂とから構成されているため、インピーダンス等の電位特性の向上を図るには限界がある。
【０００６】
一方、基板にヴィアを形成する際に、予め絶縁材料から成る基板に形成したスルーホール内に、めっきによって金属を充填してヴィアを形成することも考えられる。
このヴィアの形成方法では、先ず、図８（ａ）に示す様に、絶縁材料から成る基板にスルーホール２０２を形成した後、図８（ｂ）に示す様に、スルーホール２０２の内壁面を含む基板２００の表面に無電解めっきによって金属から成るシード層２０４を形成する。
次いで、シード層２０４を給電層とする電解めっきを施し、シード層２０４上にめっき金属層２０６を形成する。このめっき金属層２０６は、図８（ｃ）に示す様に、スルーホール２０２の開口部の角部に形成された部分が、スルーホール２０２の内側部に形成された部分よりも厚くなる。
更に、電解めっきを継続すると、図８（ｄ）に示す様に、スルーホール２０２を金属で充填してヴィアに形成できると共に、めっき金属層２０６を所望の厚さとすることができる。
その後、このめっき金属層２０６にパターニングを施すことによって基板２００の両面の各々に所望の配線パターンを形成でき、かかる配線パターンに両端の各々が接続されて成るヴィアが形成された配線基板を得ることができる。
しかし、形成されたヴィア内には、図８（ｄ）に示す如く、内部にボイド２０８が形成され易い。
【０００７】
この様に、図８に示す方法では、スルーホール内にめっきによって金属を充填して形成したヴィアには、ボイド等の欠陥が存在していた。
しかし、図８に示す方法では、スルーホール２０２の開口部の角部近傍に、めっき金属層２０６が他の部分よりも成長することを防止できれば、ボイド等の欠陥のないヴィアをめっきによって形成できるものと考えられる。
そこで、本発明の課題は、基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填し、ボイド等の欠陥のないヴィアを形成し得るスルーホールフィル方法を提供することにある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は前記課題を解決すべく検討を重ねた結果、基板に縦断面形状が鼓状のスルーホールを形成した後、スルーホールの内壁面に無電解めっきによって金属から成るシード層を形成し、次いで、このシード層を給電層とする電解めっきを施すことにより、ボイド等の欠陥のないヴィアを形成できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内に、めっきによって金属を充填する際に、該スルーホールとして、横断面積が最小となる最狭部分を具備するスルーホールを前記基板に形成した後、前記スルーホールの内壁面の全面に金属から成るシード層を形成し、次いで、前記スルーホールの両開口部を開口した状態で前記基板を電解めっき液に浸漬して、前記スルーホールの最狭部分から金属を充填するように、前記シード層を給電層とする電解めっきを施すことを特徴とするスルーホールフィル方法にある。
【０００９】
かかる本発明において、スルーホールとして、縦断面形状が鼓状のスルーホールを基板に形成することによって、スルーホールの開口部の角部近傍に、めっき金属層が他の部分よりも成長することを効果的に防止できる。
また、スルーホールの内壁面に形成するシード層を、無電解めっきによって形成することによって、スルーホールの内壁面全面にシード層を容易に形成できる。
このシード層は、スルーホールの内壁面を含む基板の全面に形成することによって、電解めっきによって、スルーホール内に金属を充填すると共に、配線パターンを形成する所望厚さのめっき金属層を形成できる。
更に、スルーホールの最狭部分を電解めっきによる金属で閉塞して凹部を形成した後、前記凹部内に電解めっきによって金属を充填することによって、凹部の底部近傍のめっき液を充分に流動でき、凹部内に充分に金属を充填でき、ボイド等の欠陥のないヴィアを形成できる。
かかる電解めっきを、ヴィアフィリング用のめっき液を用いて行うことによって、スルーホール内への金属の充填を効率よく行うことができる。
この電解めっきを、めっき液に浸漬した基板に対して、前記めっき液を噴射しつつ行うことにより、スルーホール内に気泡等が残存することに因るボイド等の発生を防止できる。
【００１０】
本発明に係るスルーホールフィル方法で採用するスルーホールは、横断面積が最小となる最狭部分を具備する。このため、スルーホールの内壁面に形成したシード層を給電層とする電解めっきの際に、スルーホールの最狭部分に電流密度が集中し、この最狭部分のめっき金属層の厚さが他の部分よりも厚くなって、最狭部分を閉塞する。かかる最狭部分が閉塞されたとき、基板の両面側の各々に開口する凹部の深さは、スルーホールの長さよりも浅いため、めっき液を攪拌等することによって、凹部の底部近傍のめっき液を充分に流動できる。
このため、スルーホール内に、めっきによって充分に金属を充填でき、ボイド等の欠陥のないヴィアを形成できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、先ず、絶縁性材料から成る基板に、横断面積が最小となる最狭部分を具備するスルーホールとして、縦断面形状が鼓状のスルーホールを形成する。
この基板を形成する絶縁性材料としては、ガラス、セラミックや樹脂等の従来から基板に用いられている絶縁性材料を採用できる。
かかる基板に、縦断面形状が鼓状のスルーホールを形成する例を、図１によって説明する。図１に示す基板２０は、感光性ガラスによって形成されているものである。この感光性ガラスは、例えば主成分とするＳｉＯ_２及びＬｉ_２Ｏ中に、少量のＣｅＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３とが添加され、且つ感光性金属としての少量のＡｕ，Ａｇ及びＣｕが添加されているものである。
かかる感光ガラスから成る基板２０の一面側に、図１（ａ）に示す様に、スルーホールを形成する部分に貫通孔が形成されたマスク板２２を載置し、紫外線２４を照射した後、マスク板２２を除去して基板２０に加熱処理を施す。かかる紫外線２４の照射及び加熱処理によって、紫外線２４が照射された感光性ガラスの部分では、アモロファス構造中に結晶が混在する構造となり、一方、紫外線２４が照射されなかった非照射部分ではアモロファス構造である。このため、フッ酸を含有する水溶液に基板２０を浸漬処理して、基板２０の両面にエッチング処理を施すと、紫外線２４の照射部分はエッチングされ、図１（ｂ）に示す様に、縦断面形状が鼓状のスルーホール２６が形成される。
更に、スルーホール２６の内壁面を含む基板２０の全面に、図１（ｃ）に示す様に、ニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ）等の金属から成る、厚さ３〜５μｍのシード層２８を形成する。このシード層２８は、無電解めっきにより容易に形成できる。
尚、シード層２８は、スパッタ等によって基板２０の表面にシード層２８を形成した後、スルーホール２６の内壁面のシード層２８を無電解めっきによって形成してもよい。
【００１２】
次いで、スルーホール２６の内壁面を含む基板２０の全面に形成したシード層２８を給電層とする電解めっきを施す。この電解めっきは、ヴィアフィリング用のめっき液を用いて行うことが好ましい。ヴィアフィリング用のめっき液を用いることによって、めっき液の流動が激しい箇所、例えばスルーホール２６の開口部近傍では、金属の析出が抑制されるが、めっき液の流動が抑制される箇所、例えばスルーホール２６の内部では、金属の析出が促進される。かかるヴィアフィリング用のめっき液としては、例えば硫酸銅めっき浴として、硫酸銅五水塩（１００〜１５０ｇ／Ｌ）、硫酸（１７０〜２００ｇ／Ｌ）、塩素（６０〜８０ｐｐｍ）、ブライトナー（０．６〜１．０ｍＬ／Ｌ）及びキャリア（２０〜３０ｍＬ／Ｌ）の組成のめっき浴を挙げることができる。
この様な電解めっきでは、その電流密度を０．２５〜１．５Ａ／ｄｍ^２（好ましくは０．５〜１．０Ａ／ｄｍ^２）とすることが、スルーホール２６内に金属を更に均一に充填できる。
【００１３】
図１（ｃ）に示す様に、縦断面形状が鼓状のスルーホール２６内に形成したシード層２８を給電層とする電解めっきによれば、図２（ａ）に示す様に、スルーホール２６の横断面積が最小となる最狭部分２６ａ及びその近傍に形成されためっき金属層３０が、その他の部分に形成されるめっき金属層３０よりも厚くなる。最狭部分２６ａは、スルーホール２６の内方に内壁面が環状に突出する部分であるため、電流密度が集中し易くなっているからである。
更に、電解めっきを継続すると、図２（ｂ）に示す様に、スルーホール２６の中途部に形成された最狭部分２６ａが閉塞され、基板２０の両面に各々開口する凹部３２，３２が形成される。この凹部３２，３２の各深さは、スルーホール２６の長さに比較して浅く、めっき液を攪拌することによって、凹部３２，３２内のめっき液の流動を充分に行うことができる。
このため、電解めっきによって凹部３２，３２内に金属を充填でき、図３に示す様に、スルーホール２６内に金属を充填できる。
更に、基板２０の表面上にも、図３に示す様に、所定厚さのめっき金属層３０が形成され、かかるめっき金属層３０にパターニングを施すことによって、所望の配線パターンを形成できる。
ところで、図３に示すめっき金属層３０には、浅い凹部３３，３３が残存しているが、かかる凹部３３，３３は、めっき金属層３０に簡単な研磨を施すことによって容易に除去できるものであり、凹部３３，３３を残存させて多層配線基板を形成しても、実質的に問題は発生しない。又、絶縁性樹脂を基板２０表面に被覆した後、ビルドアップ工法などで多層化することも可能である。
尚、図３に示すめっき金属層３０は、経時に伴なって形成される層を図示したものである。
【００１４】
本発明で採用する電解めっきは、めっき液を充分に攪拌しつつ行うことが好ましく、攪拌機によってめっき液を攪拌して電解めっきを施してもよいが、図４に示すめっき装置を好適に用いることができる。
図４に示すめっき装置には、めっき槽４０に貯留されためっき液５０に浸漬され、電源（図示せず）の陰極に接続された陰極部材４８に保持された基板２０の両面側の各々に、複数個のノズル４２ａ，４２ａ・・が形成された絶縁体から成る供給配管４２が配設されている。この供給配管４２の各ノズル４２ａからは、基板２０の一面と直交する方向にめっき液流が噴出される。かかる供給配管４２のノズル４２ａ，４２ａ・・と基板２０との間には、基板２０側に多孔の絶縁体から成る整流板４４がめっき槽４０に固着されており、供給配管４２のノズル４２ａ側に電源の陽極に接続された多孔の陽極板４６が配設されている。
尚、供給配管４２，４２には、めっき槽４０内のめっき液５０の一部をポンプ（図示せず）で昇圧しためっき液が供給され、陰極部材４８は基板２０を保持した状態で遥動可能に設けられている。
【００１５】
図４に示すめっき装置によって基板２０に形成されたスルーホール２６，２６・・に電解めっきを施す際には、供給配管４２，４２のノズル４２ａ，４２ａ・・から基板２０の各面に直交する方向に噴出されためっき液流は、多孔の陽極板４６を通過した後、多孔の整流板４４を通過して基板２０の一面に略直角に突き当る。
この様に、図４に示すめっき装置では、基板２０の各面には、供給配管４２，４２の各ノズル４２ａから噴出されためっき液流が略直角に突き当る。
しかも、基板２０は、電解めっき中に陰極部材４８によって遥動することができる。
このため、電解めっきの際に、基板２０のスルーホール２６内或いは凹部３２［図２（ｂ）］内のめっき液を充分に流動させることができ、基板２０のスルーホール２６或いは凹部３２の内部に気泡が残存することに起因するボイド等の発生を防止できる。その結果、基板２０の各スルーホール２６内に均一に金属が充填されたヴィアを得ることができる。
【００１６】
ところで、特開２００２−２８０７４３号公報には、図９に示すヴィアの形成方法が提案されている。
先ず、基板３００の一面側に、所望の配線パターン３０２，３０２・・を形成した後、基板３００の一面側に熱硬化性樹脂を塗布し硬化して絶縁層３０４を形成する。形成した絶縁層３００には、図９（ａ）に示す様に、レーザ光３０６を照射し、底面が配線パターン３０２によって形成された凹部状であって、縦断面形状が鼓状のヴィアホール３０８（以下、単にヴィアホール３０８と称することがある）を形成する。このレーザ光３０６は、その焦点１３０６ａが絶縁層３０４の中間に位置するように設定されている。
次いで、形成したヴィアホール３０８の内壁面を含む絶縁層３０４の表面の全面に、図７（ｂ）に示す様に、無電解めっきによって金属から成るシード層３１０を形成する。
更に、シード層３１０を給電層とする電解めっきによって、ヴィアホール３０８内に金属を充填しつつ、絶縁層３０４の表面上に所望厚さのめっき金属層３１２を形成する。
この様に、図９に示すヴィアの形成方法は、開口部一箇所の凹部状のヴィアホール（ブラインドホール）３０８に電解めっきによって金属を充填するヴィアの形成方法であって、両端が開口されたスルーホール内に電解めっきによって金属を充填するヴィアの形成方法とは相異する。
また、図９に示す如く、縦断面形状が鼓状のヴィアホール３０８内に電解めっきによって金属を充填する際に、アンダーカット部に形成されているヴィアホール３０８の底面部近傍にボイドが形成され易く、得られたヴィアのインピーダンス等の電気特性が設計値と相違するおそれがある。
【００１７】
図１〜図４の説明では、基板２０に形成したスルーホール２６の縦断面形状は、中央部の内壁面が環状に内方に突出した鼓状形状であるが、図５（ａ）に示す様に、下方側又は上方側の内壁面が環状に内方に突出する鼓状形状であってもよい。
更に、図５（ｂ）に示す様に、スルーホール２６の縦断面形状が、その横断面面積が開口部の一方側から他方側に徐々に狭くなる、いわゆるテーパ状形状であってもよい。かかるテーパ状形状のスルーホール２６は、図１（ａ）に示す紫外線２４の照射時間等を調整することによって形成できる。
また、基板２０として、感光性ガラスから成る基板を用いたが、シリコンや樹脂から成る基板を用いてもよい。シリコンや樹脂から成る基板に、縦断面形状が鼓状形状のスルーホールを形成するには、焦点を基板の中間に位置するように調整したレーザ光を照射することによって形成でき。一方、図５（ｂ）に示すテーパ状形状のスルーホール２６を、シリコンや樹脂から成る基板に形成する場合には、基板の一方側から照射するレーザ光の焦点を基板の他方側とすることによって形成できる。
【００１８】
【実施例】
厚さ３００μｍの感光性ガラスから成る基板（ＨＯＹＡ（株）製）の一面側にマスク板を載置し、紫外線を照射してから熱処理を施した基板を、フッ酸含有の水溶液に浸漬して基板の両面側からエッチングを施した。
得られたスルーホールは、中央部が最狭部分に形成された縦断面形状が鼓状形状のものである。かかるスルーホールの開口部の開口径は６０μｍであり、中央部の最狭部分の開口径は５０μｍであった。
次いで、無電解めっきによって、スルーホールの内壁面に厚さ３μｍの銅から成るシード層を形成した後、シード層を給電層とする電解めっきを施した。
この電解めっきは、硫酸銅（２００ｇ／Ｌ）、硫酸（１００ｇ／Ｌ）及び塩素５０ｍｇ／Ｌの組成のめっき液を攪拌翼で攪拌しつつ、電流密度が０．５〜１．０Ａ／ｄｍ^２となるように調整して行った。
電解めっき終了後、形成されたヴィアの縦断面形状を顕微鏡観察したところ、ボイド等の欠陥が見当たらず銅がスルーホール内に充分に充填されていることが判った。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填し、ボイド等の欠陥のないヴィアを形成できる。このため、ヴィアのインピーダンス等の電気特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスルーホールフィル方法の前工程を説明する工程図である。
【図２】本発明に係るスルーホールフィル方法の後工程を説明する工程図である。
【図３】本発明に係るスルーホールフィル方法で金属が充填されたスルーホールの状態を説明する部分断面図である。
【図４】本発明に係るスルーホールフィル方法で採用し得る電解めっき装置の概要を説明する説明図である。
【図５】本発明に係るスルーホールフィル方法で形成し得るスルーホール形状を説明する部分断面図である。
【図６】多層配線基板の一例を説明する部分断面図である。
【図７】従来のヴィアフィル方法を説明する説明図である。
【図８】従来のスルーホールフィル方法を説明する説明図である。
【図９】特開２００２−２８０７４３号公報に掲載されたヴィアの形成方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
２０基板
１６ヴィア
２６スルーホール
２６ａ最狭部分
２８シード層
３０めっき金属層
３２，３３凹部

Claims

絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内に、めっきによって金属を充填する際に、
該スルーホールとして、横断面積が最小となる最狭部分を具備するスルーホールを前記基板に形成した後、前記スルーホールの内壁面の全面に金属から成るシード層を形成し、
次いで、前記スルーホールの両開口部を開口した状態で前記基板を電解めっき液に浸漬して、前記スルーホールの最狭部分から金属を充填するように、前記シード層を給電層とする電解めっきを施すことを特徴とするスルーホールフィル方法。
スルーホールとして、縦断面形状が鼓状のスルーホールを基板に形成する請求項１記載のスルーホールフィル方法。
スルーホールの内壁面に形成するシード層を、無電解めっきによって形成する請求項１又は請求項２記載のスルーホールフィル方法。
スルーホールの最狭部分を電解めっきによる金属で閉塞して凹部を形成した後、前記凹部内に電解めっきによって金属を充填する請求項１〜３のいずれか一項記載のスルーホールフィル方法。
電解めっきを、ヴィアフィリング用のめっき液を用いて行う請求項１〜４のいずれか一項記載のスルーホールフィル方法。
シード層を、スルーホールの内壁面を含む基板の全面に形成する請求項１〜５のいずれか一項記載のスルーホールフィル方法。
電解めっきを、めっき液に浸漬した基板に対して、前記めっき液を噴射しつつ行う請求項１〜６のいずれか一項記載のスルーホールフィル方法。