JP2008088521A - 深さの異なるビアへのめっき充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】深さの異なるビアに銅めっきを充填する際、浅いビアがほぼ充填した段階で表面に付着した光沢剤を薬品あるいはプラズマで除去し、再度、前処理および、めっきを行なうことにより、複雑な工程を行なうことなく、浅いビアと深いビアをフラットに埋めるめっき方法。高密度の回路を形成するには深さの異なるビアを配置し、かつ、両方の深さのビアをフラットに充填する必要がある。しかしながら、従来技術では、深い部分だけ別にめっきをする必要があったが、工程的に複雑となり、生産性、コスト、品質に悪影響を及ぼす。
【解決手段】ビアフィルめっき液の特性、表面のめっき析出を抑え、ビア内の析出を促進するという特性を利用し、浅いビアが埋まった時点で光沢剤効果をリセットすることにより、複雑な工程を追加することなく、深さの異なるビアをフラットに充填する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、プリント基板、ウエハーの深さの異なったビアにめっきにより金属充填を行なう方法に関するものである。

従来、ビアフィルめっきでは、図1に示すように同一深さへのめっきが一般的に行なわれている。しかしながら回路の高密度化を進めるにあたり、深さの異なるビア接続が要求されつつあるが、深さの異なる回路間を接続するためにはめっきレジスト形成した後、図２−１及び図２−２に示すように、絶縁層形成〜ビアフィルめっき工程を複数回行なう必要があった。深さの異なるビアの要求がある例としては、ベースウエハーもしくはプリント基板上にチップを搭載し、絶縁層を形成後、絶縁層上にベース回路とチップ上の回路の両方から接続をとるケースがある。絶縁層形成工程、及び、めっきレジスト形成工程は、前処理、感光性レジスト塗布、セミキュアー、露光、現像、キュアーと工程が複雑であり、複数回数実施することは、生産リードタイム、コスト面で非常に不都合である。
また、上記追加工程を行なわず、深いビアが充填できるまでめっきを行なうと、図３の５に示すように、浅いビア部分が盛り上がってしまう。
特願平９−２１３８７３ 特願平９−１７２７８１

本発明は、深さの異なるビアへ銅めっきを充填する際、深さが異なるために発生するめっきレジスト形成、及びレジスト除去の工程追加を避け、リードタイムの延長、コストのアップを避けることを目的としている。

ビアフィルの基本はビア内の析出を促進させ、表面の析出を抑制させる条件を設定することである。また、めっき開始時の促進、及び抑制作用の効果はめっき成長後も維持される。
従って、浅いビアが充填された段階で、その効果をリセットすることで、まだ充填途上である深いビア部分のみを充填することが可能となる。

めっき開始時の添加剤の効果をなくする方法として、酸、アルカリ、あるいは塩の水溶液への浸漬、あるいは同水溶液中での電解、過硫酸塩、過酸化水素、過硫酸塩と硫酸を併用した液、または過酸化水素と硫酸を併用した液への浸漬やプラズマ処理が有効である。

深さの異なるビアにフラットな形状で銅めっきを充填する際、深いビアは他の部分をマスキングして深さの差異分めっきを析出させる必要がある。そのためには、めっきレジスト形成、及びその除去工程が増えるため、リードタイムが長くなり、コストも増加する。本発明により、めっき途中で簡単な処理を行なうことでフラットな形状で深さの異なるビアを充填することが、ほとんどデメリットなしで可能となる。

これにより、図4に示すように、多層化されたプリント基板の深さの異なる層と表層までの接続が安価に製作可能となり、充填されたビア上にビアが配置できることから、高密度化に有利となる。

また、ウエハー、プリント基板の表面に実装された部品とベースのウエハー、またはプリント基板の表面から絶縁層上の回路へビアが充填された状態で安価に製作可能となり、さらに図5に示すようにこのビアの上にビアが配置可能なことから高密度化に有利となる。
［比較例１]

従来技術で、深さの異なるビアを充填する方法１を記す。図６−１の１に示すように、ウエハー上にチップが実装され、ポリイミドの絶縁層によりビアが形成されているが、ウエハー上とチップ上のビアは深さが異なる。次に、ビアの形成されたチップ付きウエハーに図６−１の２に示すように、スパッタ、無電解銅めっきで導電性を付与した層（以下、導電層という）を付与する。必要に応じ、銅めっきを行う。次に図６−１の３に示すように、深いビア部分のみ開口しためっきレジストを形成し、図６−１の４に示すように浅いビアの深さまでビアフィルめっきを行い、図６−１の５に示すようにめっきレジストを除去した後、図６−１の６に示すように、再度、パターン及びビア部が開口しためっきレジストを形成し、図６−２の７に示すように、再度ビアフィルめっきを行なう。その後、図６−２の８に示すように、めっきレジストを除去し、図６−２の９に示すようにシード層を除去する。
同一深さのビアフィルプロセスと比較して、めっきレジスト除去とめっきレジスト形成の工程が追加されている。
［比較例２］

従来技術で、深さの異なるビアを充填する方法２を記す。図７−１の１に示すように、ウエハー上にチップが実装され、ポリイミドの絶縁層によりビアが形成されているが、ウエハー上とチップ上のビアは深さが異なる。次に、ビアの形成されたチップ付きウエハーに図７−１の２に示すように導電層を付与する。必要に応じ、銅めっきを行い、図７−１の３に示すようにパターン及びビア部が開口しためっきレジストを形成し、図７−１の４に示すように浅いビアが埋まるまでビアフィルめっきを行なう。その後、図７−１の５に示すように深いビア部分のみ開口しためっきレジストを形成し、図７−１の６に示すように深いビアが埋まるまでビアフィルめっきを行う。その後、図７−２の７に示すようにめっきレジストを除去し、図７−２の８のようにシード層を除去する。
同一深さのビアフィルプロセスと比較して、めっきレジスト形成の工程が追加される。
［比較例３］

従来技術で、深さの異なるビアを充填する方法３を示す。図8の１に示すように、ウエハー上にチップが実装され、ポリイミドの絶縁層によりビアが形成されているが、ウエハー上とチップ上のビアは深さが異なる。次に、ビアの形成されたチップ付きウエハーに図８の２に示すように導電層を付与する。必要に応じ、銅めっきを行い、図８の３に示すように、深いビア部分のみ開口しためっきレジストを形成し、図８の４に示すように浅いビアの深さまでビアフィルめっきを行い、図８の５に示すようにめっきレジストを除去した後、図８の６に示すように、全面ビアフィルめっきをビアが埋まるまで行なう。その後、図８の７に示すようにエッチングレジストを形成後、図８の８に示すようにエッチングを行い、図８の９に示すようにエッチングレジストを除去する。
同一深さのビアフィルプロセスと比較して、めっきレジスト形成と、レジスト除去の工程が追加されている。
［比較例４］

従来技術で、深さの異なるビアを充填する方法４を示す。図９−１の１に示すように、ウエハー上にチップが実装され、ポリイミドの絶縁層によりビアが形成されているが、ウエハー上とチップ上のビアは深さが異なる。次に、ビアの形成されたチップ付きウエハーに図９−１の２に示すように導電層を付与する。図９−１の３に示すように、全面浅いビアが埋まるまでビアフィルめっきを行なう。その後、図９−１の４に示すように深いビア部分のみ開口しためっきレジストを形成し、図９−１の５のように、深いビアが埋まるまでビアフィルめっきを行う。
その後、図９−１の６に示すように、めっきレジストを除去し、図９−２の７に示すようにエッチングレジスト形成後、図９−２の８に示すようにエッチングする。その後、図９−２の９に示すようにエッチングレジストを除去し、回路を完成させる。
同一深さのビアフィルプロセスと比較して、めっきレジスト形成と、レジスト除去の工程が追加されている。

図１０の１は４層に積層されたプリント基板を示す。図１０の２は４層に積層されたプリント基板に炭酸ガスレーザーを使用し、深さが４０μｍ、および８０μｍのビアを形成する。図１０の３は過マンガン酸カリ等の水溶液で孔内の清掃を行い、図１０の４は脱脂、ソフトエッチ、硫酸浸漬、触媒付与、アクセレレーター浸漬、無電解銅浸漬の手順でビア内に銅皮膜を形成する。図１０の５では脱脂後、酸浸漬を行い、ビアフィル用硫酸銅めっきを行なう。ビアフィル用硫酸銅めっきとしては、硫酸銅５水塩 ２５０ｇ／ｌ，硫酸 ５０ｇ／ｌ 塩素イオン ５０ｍｇ／ｌに市販の荏原ユージライト製光沢剤を添加したものを使用した。電流密度１Ａ／デシで３０分間めっき後、過硫酸カリと硫酸の水溶液を混合した溶液で銅表面を１μｍ程度エッチングし、図１０の６で脱脂、酸処理を再度行い、その後ビアフィル硫酸銅めっきを３０分間行なった。図１０の７は、回路となる部分にエッチングレジストを形成し、図１０の８でエッチングを行なった。
ビアフィル硫酸銅めっきの初期１分間の電流密度については、孔、パターン形状により、低電流密度からのスロースタートもしくは高電流密度からのスタートを選択した。

図１１の１は 回路の形成され、かつチップが実装されたウエハーを示す。図１１の２はチップが実装されたウエハー上に感光性ポリイミドでビア付き絶縁層を形成したものである。１１図の３は、その上に、スパッタにてチタン／銅のシード層を形成したものである。ビアの深さはウエハー上で４０μｍ、チップ上で２０μｍ程度であった。次に、０．１μｍ程度の硫酸銅めっきを行なった後、図１１の４のようにパターンめっきレジストを形成した。プラズマでレジスト残渣の除去を行なったのち、酸性脱脂、酸浸漬を行い、図１１の５にあるようにビアフィル硫酸銅めっきを行なう。ビアフィル用硫酸銅めっきとしては、硫酸銅５水塩 １５０ｇ／ｌ，硫酸 １５０ｇ／ｌ 塩素イオン ５０ｍｇ／ｌに市販のアトテック製光沢剤を添加したものを使用した。電流密度１Ａ／デシで１５分間めっき後、酸素プラズマ３００Ｗ５分行い、図１１の６にあるように、脱脂、酸処理を再度行い、その後ビアフィル硫酸銅めっきを１５分間行なった。その後、図１１の７にあるようにめっきレジストを除去し、図１１の８にあるように全面ソフトエッチングを行ない、回路を完成させた。ビアフィル硫酸銅めっきの初期１分間の電流密度については、孔、パターン形状により、低電流密度からのスロースタートもしくは高電流密度からのスタートを選択した。

従来のビアフィル工程（パターンめっきのケース） 従来技術で深さの異なるビアを充填するため、絶縁層を２回に分けて形成するビアフィル工程 従来技術で深さの異なるビアを充填するため、絶縁層を２回に分けて形成するビアフィル工程 深さの異なるビアを従来工程で処理したケース（盛り上がり発生） 多層基板での占有面積比較 ウエハー上へチップ実装した場合の占有面積比較 深さの異なるビアフィル工程（比較例１）（パターンめっきのケース） 深さの異なるビアフィル工程（比較例１）（パターンめっきのケース） 深さの異なるビアフィル工程（比較例２）（パターンめっきのケース） 深さの異なるビアフィル工程（比較例２）（パターンめっきのケース） 深さの異なるビアフィル工程（比較例３）（全面めっきのケース） 深さの異なるビアフィル工程（比較例４）（全面めっきのケース） 深さの異なるビアフィル工程（比較例４）（全面めっきのケース） 深さの異なるビアフィル工程（実施例１）（全面めっきのケース） 深さの異なるビアフィル工程（実施例２）（パターンめっきのケース）

符号の説明

Ａ ウエハー
Ｂ 絶縁層
Ｃ 導電層（シード層）
Ｄ めっきレジスト
Ｅ ビアフィルめっき
Ｆ チップ
Ｇ 銅充填されたビア
Ｈ 銅充填が不完全なビア
Ｉ ガラスエポキシ多層基板

Claims (6)

1. ビア内に銅めっきを充填するめっきにおいて、異なった深さのビアに充填する際、浅いビアがほぼ充填された段階でめっきを中断し、銅表面に吸着した添加剤を除去した後、必要に応じ脱脂、酸処理等の前処理を行ない、再度深いビアの未充填部分を充填するめっき方法、及び、その方法で製造した製品。
2. 請求項１において、銅表面に吸着した添加剤を、酸、アルカリ、あるいは塩の水溶液に浸漬して除去する方法、及び、その方法で製造した製品。
3. 請求項２において、銅表面に吸着した添加剤を、酸、アルカリ、あるいは塩の水溶液に浸漬しかつ電解して除去する方法、及び、その方法で製造した製品。
4. 請求項１において、銅表面に吸着した添加剤を、銅表面をエッチングすることにより、除去する方法、及び、その方法で製造した製品。
5. 請求項４において、銅表面に吸着した添加剤を、銅表面をエッチングする薬品として、過硫酸塩、過硫酸塩と硫酸、過酸化水素、過酸化水素と硫酸を使用して除去する方法、及び、その方法で製造した製品。
6. 請求項１において、銅表面に吸着した添加剤を、プラズマ処理して除去する方法、及び、その方法で製造した製品。

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