DE19626977A1

DE19626977A1 - Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte und deren Herstellung

Info

Publication number: DE19626977A1
Application number: DE19626977A
Authority: DE
Inventors: Ryuji Watanabe; Takeyuki Itabashi; Osamu Miura; Akio Takahashi; Yukio Ookoshi; Hitoshi Suzuki; Masahiro Suzuki; Tsutomu Imai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1997-01-09
Also published as: JP3112059B2; US6326561B1; US6190493B1; JPH0923065A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dünnfilmviel schichtverdrahtungsplatte zur Verpackung in elektroni schen Anordnungen oder verschiedenen elektrischen Appara tetypen und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verdrahtungsplatte.

Zur Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit von Computern ist die Steigerung der Signalübertragungsgeschwindigkeit des Packungsmoduls ein wichtiger Faktor.

Bisher wurde eine Dickfilmplatte mit einem keramischen Substrat und einer Verdrahtungsschicht, die hauptsächlich aus W oder Mo hergestellt und auf dem Keramiksubstrat durch ein Laminier- und Sinterverfahren gebildet wurde, als der Modul verwendet. Kürzlich konzentrierte sich aber die Aufmerksamkeit auf eine Dünnfilmvielschichtverdrah tungsplatte, bei der zwecks Verwirklichung einer Be schleunigung der Signalübertragung ein Polyimidfilm mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante als ein interla minarer Isolierfilm auf dem Keramiksubstrat gebildet wird und eine leitende Schicht aus einem hochleitfähigen Stoff, wie z. B. Cu, Al, Au od. dgl., hergestellt wird.

In den letzten Jahren stieg jedoch die Computerleistung rasch, und die Zahl der verpackten Gates wuchs erheblich, was zur Notwendigkeit der Steigerung der Zahl der Ver drahtungsschichten im Dünnfilmverdrahtungssystem führte.

Mehrere Vorschläge wurden zu diesen Dünnfilmvielschicht verdrahtungstechniken gemacht, wonach allgemein ein auf einanderfolgendes Laminiersystem verwendet wird. Dieses System sieht die Bildung einer Leiterschicht aus Cu, Al od. dgl. auf einem Keramik- oder Si-Substrat, die Bildung von Durchgangslöchern darin, Durchführung einer Isolier schichtmusterung durch Photolithographie und die Herstel lung elektrischer Verbindungen vor.

Techniken zur Bildung von Durchgangslöchern von 100 µm oder weniger Durchmesser werden für die interlaminare Verbindung benötigt. Auch sind feine Muster mit einer Leiterbreite oder Abstandsbreite von 20-50 µm für eine Dünnfilmverdrahtung erforderlich. Beispielsweise ist es nötig, 2-5 Drähte zwischen die 150-500 µm-Anschlußflecken zu legen. In diesem Fall muß der Durchgangslochdurchmes ser etwa 20-50 µm sein. Jedoch ist die Grenze des Loch durchmessers, die durch gegenwärtig verfügbare Bohrtech niken gebildet werden kann, etwa 70 µm, und es müssen an dere Mittel zur Bildung der Löcher geringerer Durchmesser verwendet werden.

Kürzlich richtete sich die Aufmerksamkeit auf Laserbear beitung und Trockenätzung als geeignete Verfahren zur Bildung feiner Löcher, wie vorstehend erwähnt. Beide Ver fahren sind ausgezeichnet in der Feinbearbeitung, man er kennt jedoch einen Unterschied zwischen diesen, was die Gestalt der gebildeten Löcher betrifft.

Es ist bekannt, daß das einen Excimerlaser verwendende Verfahren ein ausgezeichnetes Bearbeitungsverfahren zur Bildung feiner Durchgangslöcher ist (JP-A-60-261685). Je doch neigt die projizierte Form des dadurch gebildeten Lochs, mit einem Winkel von etwa 20 bis 30° zum Ende (zur Basis) gegenüber der Achse des Lochs abgeschrägt zu sein.

Als ein Verfahren, das das obige Problem überwinden kann, ist ein sog. winkeltreues Maskenverfahren - ein Verfah ren, bei dem die Laserbearbeitung durch eine Maske mit einem Metallfilm erfolgt, der Öffnungen am Musterteil ei ner organischen Isolierschicht hat, wo Löcher zu bilden sind - wirksam. Gemäß diesem Verfahren hat, wie in Fig. 2 gezeigt, das gebildete Loch einen Abschrägungswinkel (θ) von etwa 15-5° zur Achse des Lochs, wenn die Energiedich te des Excimerlasers 300 bis 1000 mJ/cm² ist. So läßt sich die Abschrägungserscheinung zum Ende (zur Basis) hin in einem beträchtlichen Grad unterdrücken. Das Ergebnis von durch die vorliegenden Erfinder durchgeführten Versu chen zeigt, daß der Abschrägungswinkel θ des gebildeten Lochs verringert wird und seine Gradlinigkeit proportio nal verbessert wird, wenn die Energiedichte steigt.

Andererseits ist es, im Gegensatz zu dieser Laserbearbei tung, gemäß einer Trockenätzung unter Verwendung eines auf einen niedrigen Gasdruck (z. B. 5 Pa oder weniger) ge steuerten Sauerstoffplasmas möglich, ein fast gerades Loch mit einem Abschrägungswinkel (θ) unter 5° zu bilden. Es wurde aus einer Anzahl von Versuchen gefunden, daß, wenn der Plasmagasdruck höher als 5 Pa beim Trockenätzen einer organischen Isolierschicht, wie einer Polyimid schicht, wird, das gebildete Loch im Schnitt wie ein Faß gekrümmt ist.

Solche Trockenätzungstechniken wurden zur Verdrahtung oder Musterung der Isolierschichten bei den LSI-Halblei terherstellungsverfahren verwendet. Beispielsweise wird ein Verfahren zur Bildung der Kontaktlöcher in der inter laminaren Isolierschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Trockenätzung unter Verwendung eines reaktiven Ga ses (eines Mischgases aus CF₄, CHF₃, Ar, O₂, Cl usw.) in JP-A-4-150023 und JP-A-5-121371 offenbart. In der erste ren wird der Ätzgasdruck zur Bildung eines geraden Lochs mit 80 Pa oder darunter (0,6 Torr oder darunter) angege ben, während in der letzteren der Ätzgasdruck mit 1,33 bis 6,65 Pa (10 bis 50 m Torr) angegeben wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Dünnfilm vielschichtverdrahtungsplatte vorzusehen, bei der die oberen und unteren Verdrahtungsschichten der Platte durch Durchgangsstifte verbunden werden, die durch Einfüllen eines leitenden Metalls in die feinen Durchgangslöcher mit einem bestimmten Durchmesser (beispielsweise 70 µm oder weniger) erzeugt werden, die in einer organischen Isolierschicht gebildet sind, und ein Verfahren zur Her stellung einer solchen Verdrahtungsplatte anzugeben.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst eine Dünnfilmvielschichtverdrahtungs platte mit einer ersten und einer zweiten metallischen Verdrahtungsschicht, die auf einem Substrat mit einer zwischen den metallischen Verdrahtungsschichten eingefüg ten organischen Isolierschicht gebildet sind, mit dem Kennzeichen, daß die Anschlußflächen der ersten und zwei ten metallischen Verdrahtungsschichten mittels Durch gangsstifte elektrisch miteinander verbunden sind, die aus einem in Durchgangslöcher gefüllten leitenden Metall bestehen und durch stromlose Abscheidung gebildet sind, wobei die Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte, falls erforderlich, eine oder mehrere weitere metallische Ver drahtungsschichten abwechselnd mit einer oder mehreren weiteren zwischengefügten organischen Isolierschichten aufweist, welche Verdrahtungsschichten mit der jeweils vorher gebildeten metallischen Verdrahtungsschicht mit tels in der gleichen Weise, wie vorstehend beschrieben, gebildeter Durchgangsstifte elektrisch verbunden sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Unterschied zwischen dem Oberendendurchmesser und dem Bodendurchmesser der Durchgangsstifte 10% oder weni ger ist oder der durch die Abschrägung der Isolier schichtgrenzfläche jedes Durchgangsstiftes mit dessen Achse gebildete Winkel 5° oder weniger ist, welche Ausge staltung für den Fall der Verdrahtungsplatte mit zwei oder auch mehr metallischen Verdrahtungsschichten gilt.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte, das die im Anspruch 6 angegebenen Schritte aufweist.

Falls erforderlich, kann die Schritt folge vom Schritt des Aufbringens einer isolierenden Klebefolie bis zum Schritt der Bildung einer zweiten metallischen Verdrahtungs schicht mehrmals wiederholt werden.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte, das die Schritte (1) bis (6) des Anspruchs 7 aufweist, wobei, falls erforderlich, die Schritte (1) bis (6) mehr mals wiederholt werden können.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine schematische Schnittdarstellung ei ner Dünnfilmvielschichtplatte mit Durchgangs stiftverbindungen gemäß der vorliegenden Er findung.

Fig. 2 ist eine schematische Schnittdarstellung ei nes Durchgangslochs gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 3A bis 3H bilden einen Arbeitsplan, der durch die schematischen Schnittdarstellungen ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens einer Dünnfilmzweischichtverdrahtungsplatte vom Durchgangsstiftverbindungstyp zeigt.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem durch Ätzen gebildeten Abschrägungswinkel und dem Partialdruck von Sauerstoffgas zeigt.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Durchgangsstiftdurchmesser und -widerstand zeigt.

Die Fig. 6A bis 6G zeigen einen Arbeitsplan des Herstel lungsverfahrens der Dünnfilmvielschichtver drahtungsplatte des Beispiels 1.

Fig. 7 ist eine schematische Schnittdarstellung ei nes Packungsaufbaus unter Verwendung einer Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 8A bis 8G zeigen einen Arbeitsplan des Herstel lungsverfahrens der Dünnfilmvielschichtver drahtungsplatte des Beispiels 2.

Die Fig. 9A bis 9G zeigen einen Arbeitsplan des Herstel lungsverfahrens der Dünnfilmvielschichtver drahtungsplatte des Beispiels 3.

Fig. 10 ist eine schematische Schnittdarstellung, die ein Beispiel der Packung mit einer Platte für einen elektronischen Computer großer Abmes sung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die die Lösung der obigen Probleme anstrebt, sind, wie im folgenden beschrieben.

[1] Eine Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte weist eine erste und eine zweite metallische Verdrahtungs schicht auf, die auf einem Substrat mit einer zwischen den metallischen Verdrahtungsschichten eingefügten orga nischen Isolierschicht gebildet sind, wobei die Anschluß flächen der ersten und zweiten metallischen Verdrahtungs schichten mittels Durchgangsstifte elektrisch miteinander verbunden sind, die aus einem in Durchgangslöcher gefüll ten leitenden Metall bestehen und durch stromlose Ab scheidung gebildet sind, wobei, falls erforderlich, die Verdrahtungsplatte eine oder mehrere weitere metallische Verdrahtungsschichten abwechselnd mit einer oder mehreren weiteren zwischengefügten organischen Isolierschichten aufweist, welche Verdrahtungsschichten mit der jeweils vorher gebildeten metallischen Verdrahtungsschicht mit tels in der gleichen Weise, wie vorstehend beschrieben, gebildeter Durchgangsstifte elektrisch verbunden sind.

[2] Bei der vorstehend beschriebenen Dünnfilmviel schichtverdrahtungsplatte ist vorgesehen, daß der Unter schied zwischen dem Oberendendurchmesser und dem Boden durchmesser der Durchgangsstifte 10% oder weniger ist oder der durch die Abschrägung der Isolierschichtgrenz fläche jedes Durchgangsstiftes mit dessen Achse gebildete Winkel 5° oder weniger ist, was auch für den Fall gilt, daß mehr als zwei metallische Verdrahtungsschichten vor gesehen sind.

Zum Erhalten eines feinen Dünnfilmmusters ist es wesent lich, die Durchgangslöcher mit einem vorstehend angegebe nen Abschrägungswinkel vorzusehen, um den Verdrahtungsbe reich möglichst weit zu sichern.

Der oben erwähnte Begriff "Durchgangsstift" ist kein technischer Begriff, wird jedoch häufig in der Verarbei tungstechnologie der gedruckten Schaltung verwendet. Und zwar hat das Wort "Stift" seine ursprüngliche Bedeutung eines "Niets, Nagels oder Stöpsels", so daß es das meint, was durch vollkommenes Füllen eines Durchgangslochs mit etwas wie einem Niet bedeutet. Bei der vorliegenden Er findung bedeutet es einen säulenförmigen Verbinder der metallischen Schichten zur Bildung elektrischer Verbin dungen.

[3] In der vorerwähnten Dünnfilmvielschichtverdrah tungsplatte wird der Durchgangsstift durch stromlose Ab scheidung aus Cu (Kupfer) hergestellt.

[4] In der vorerwähnten Dünnfilmvielschichtverdrah tungsplatte wird die zweite metallische Verdrahtungs schicht aus einem Metallfilm hergestellt, der durch Vaku umabscheidung und/oder Aufstäuben gebildet wird.

[5] Bei der vorstehend erwähnten Dünnfilmverdrahtungs platte hat die Durchgangsstiftseite des Verbindungsbe reichs jedes Durchgangsstifts und der zweiten metalli schen Verdrahtungsschicht eine geschliffene oder polierte Oberfläche.

[6] Ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmviel schichtverdrahtungsplatte hat die im Anspruch 6 angegebe nen Schritte, die bei Bedarf mehrmals wiederholt werden können.

[7] Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Dünn filmvielschichtverdrahtungsplatte weist die Schritte (1) bis (6) des Anspruchs 7 auf, wobei wiederum, falls erfor derlich, die Schritte (1) bis (6) mehrmals wiederholt werden können.

Ein Beispiel der Dünnfilmvielschichtplatte des Durch gangsstiftverbindungstyps gemäß der vorliegenden Erfin dung ist in Fig. 1 veranschaulicht. Auf einem Substrat 1 aus Keramik oder glasverstärktem Epoxyharz ist eine Iso lierschicht 2 (beispielsweise aus Polyimid) mit einer me tallischen Verdrahtungsschicht darauf gebildet, die das Substrat kontaktiert, wobei Durchgangslöcher in der Iso lierschicht 2 gebildet sind. Eine Anzahl von Isolier schichten 2, deren jede eine metallische Verdrahtungs schicht darauf aufweist, sind laminiert, wobei die metal lischen Verdrahtungsschichten 4 über Durchgangsstifte 3 verbunden sind, die aus einem in die Durchgangslöcher ge füllten leitenden Metall bestehen und durch stromlose Ab scheidung gebildet sind. Zusätzlich sind Durchgangslöcher im Substrat 1 mit Metall 5 gefüllt. Die nacheinander in der oben beschriebenen Weise durch Stifte verbundenen me tallischen Verdrahtungsschichten 4 sind laminiert, wo durch eine Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte gebildet ist.

Die Fig. 3A bis 3H sind ein Arbeitsplan, der als Beispiel ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmzweischicht verdrahtungsplatte (in den einzelnen Herstellungsschrit ten) durch schematische Schnittdarstellungen zeigt. Ein Resist 11 wird auf einem Substrat 1 mit einer metalli schen Verdrahtungsschicht 4 gebildet, worauf (nicht dar gestelltes) Ätzen zur Bildung einer ersten metallischen Verdrahtungsschicht 9 folgt, und eine Isolierschicht 2 wird darauf gebildet und durch eine Ätzmaske 8 zur Bil dung von Durchgangslöchern 7 trockengeätzt.

Dann werden die Durchgangslöcher 7 mit einem leitenden Metall durch stromlose Beschichtung gefüllt. Danach wird ein metallischer Verdrahtungsfilm 4 durch Vakuumabschei dung oder Aufstäuben gebildet, und eine zweite metalli sche Verdrahtungsschicht 10 wird durch Naßätzen gebildet.

Es ist möglich, eine drei- oder mehrschichtige Verdrah tungsplatte durch mehrfache Wiederholung des in Fig. 3D gezeigten Schritts und der nachfolgenden, in den Fig. 3E bis 3H gezeigten Schritte zu bilden.

Als die Isolierschicht 2 können ein Film, der durch Wär mehärten eines Polyimidvorläuferlacküberzugs gebildet wird, oder eine Verbundfolie verwendet werden, die durch Bilden einer Klebeschicht auf einem Polyimidfilm und de ren Pressen zu einer Folie erhalten wird. Eine Verbundfo lie wird vom Standpunkt der Verarbeitbarkeit aus bevor zugt. Es ist auch möglich, Polyamide und Epoxyharze als das Isoliermaterial zu verwenden.

In den (Polyimid)-Isolierschichten werden die Durchgangs löcher, deren jedes in einer Anschlußfläche der ersten metallischen Verdrahtungsschicht (Kupfer) endet, durch Trockenätzung (unter Verwendung von Sauerstoffgasplasma) oder Excimerlaserbearbeitung gebildet, und man läßt einen Durchgangsstift von der Anschlußfläche am Boden des Lochs durch stromlose Abscheidung wachsen.

Ein Grund, weshalb das stromlose Abscheideverfahren zur Bildung der Durchgangsstifte bei der vorliegenden Erfin dung gewählt wird, beruht auf der Tatsache, daß, da bei dem aufeinanderfolgenden Laminierverfahren ein Prozeß folgt, bei dem eine Isolierschicht auf einer ersten, auf einem Substrat gebildeten metallischen Verdrahtungs schicht gebildet wird, dieses metallische Verdrahtungsmu ster allgemein ein unabhängiges Muster ist und es nicht leicht ist, gemeinsame Elektroden wie bei galvanischer Beschichtung herauszuführen. Beim stromlosen Beschichten werden keine solchen gemeinsamen Elektroden benötigt.

Als das leitende Metall zur Herstellung der Durchgangs stifte können Kupfer, Gold, Nickel, Silber usw. verwendet werden.

Ein Beispiel zur Verarbeitung der Durchgangslöcher in ei ner doppelseitigen gedruckten Vielschichtplatte durch stromlose Beschichtung ist in JP-A-5-335713 offenbart. Bei diesem Verfahren wird eine säulenförmige leitende Be schichtung in den Durchgangslöchern in der Isolierschicht mit deren durch eine Kupferfolie blockierten Rückseite durchgeführt, um interlaminare Verbindungen zu bilden, während gleichzeitig die Rückseite der Isolierschicht mit der leitenden Folie an der Frontseite verbunden wird. Dieses Verfahren ist in dem Fall wirksam, wo das Verdrah tungsmuster relativ groß ist und auch die Leiterschicht dick, wie z. B. mehrere Zehner µm ist.

In der Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte, bei der die Isolierschichten von geringerer Dicke sind und durch fei ne Durchgangsstifte verbunden werden, ist es jedoch un möglich, die Dicke der Leiterfolie (Verdrahtungsschicht) zu verringern, wenn eine solche Leiterfolie auf beiden Seiten der Isolierschicht wie im obigen Fall vorgesehen wird, so daß es schwierig ist, feine Muster auf der zwei ten metallischen Verdrahtungsschicht durch Naßätzen zu bilden. Bei der vorliegenden Erfindung wird daher eine Leiterfolie (Verbindungsanschlußfläche) nur für die erste Verdrahtungsschicht verwendet.

Was die Bildung der feinen Durchgangslöcher zur Bildung der feinen Durchgangsstifte betrifft, so ist es möglich, die feinen Durchgangslöcher mit sehr hoher Geradheit zu bilden, wobei der Abschrägungswinkel, der durch die Wandoberfläche des bearbeiteten Lochs mit dessen Achse gebildet wird, 5° oder weniger (bis fast 0°) ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist (wobei der Abschrägungswinkel zur Substratoberfläche 85° oder höher ist), indem der Gas druck auf einem niedrigen Niveau (5 Pa oder darunter bis 1 Pa oder weniger) gesteuert wird, der eine Plasmabildung ermöglicht.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Abschrägungswin kel und dem Partialdruck von Sauerstoffgas des Plasmas, als die Durchgangslöcher in einer 20 µm dicken Polyimid folie gebildet wurden.

Wenn die Trockenätzung durch Festlegung des Hochfrequenz ausgangs auf 500 W und des Sauerstoffstromdurchsatzes auf 15 ml/min durchgeführt wurde, war der Abschrägungswinkel 10-15° bei einem Sauerstoffpartialdruck von 1-5 Pa. Der Abschrägungswinkel wurde jedoch größer als 15°, und die Geradheit des gebildeten Lochs wurde verringert, wenn der Sauerstoffpartialdruck auf 10 Pa angehoben wurde.

Die gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren herge stellte Dünnfilmvielschichtplatte zeigte eine gute Ver bindungsqualität (durch Verbindungsrate angegeben) der Durchgangsstifte. Die Verbindungsrate war sogar hoch, wenn der Durchgangslochdurchmesser 60 µm oder weniger war, wie in der Tabelle 1 gezeigt ist. Es wurde weiter gefunden, daß der Durchgangsstiftwiderstand auch klein war, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

Tabelle 1

Im Schnitt des erfindungsgemäß gebildeten Durchgangsstif tes wurde das horizontale Wachstum des Abscheidungskup fers auch am oberen Ende bestätigt, wo die Abscheidung endete. Eine solche Flachheit der Durchgangsstiftoberflä che führt nicht nur zur Verbesserung der Musterbildungs genauigkeit der Photolithographie beim Bilden der zweiten Metallverdrahtungsschicht, sondern ermöglicht auch eine vertikale Verbindung der zweiten Durchgangsstifte. Und zwar können auf der eben gewachsenen Durchgangsstiftober fläche die Verbindungsanschlußflächen der nächsten Schicht gebildet werden, und unmittelbar darauf können die Durchgangsstifte noch einer weiteren Schicht ange bracht werden. Da dies eine Verringerung der interlamina ren Verdrahtungslänge ermöglicht, kann eine Beschleuni gung der Signalübertragung erreicht werden.

Es ist auch möglich, den interlaminaren Verbindungswider stand zu verringern, indem man die Flachheit der Durch gangsstiftoberfläche zusätzlich durch Abflachungsschleif- und -polierbehandlungen nach Bildung der Durchgangsstifte verbessert.

Die durch Füllen der Durchgangslöcher mit einem leitenden Metall durch stromlose Beschichtung, wie oben beschrie ben, gebildeten Durchgangsstifte zeigten eine hohe Ver bindungsverläßlichkeit in einem Raumtemperatur- und 300°C-Heizzyklustest, und sie erlitten auch fast keine Leistungsänderung in einem Hochtemperaturstandtest bei 300°C für 100 Stunden.

Aufgrund der Vorsehung der Durchgangsstifte mit einem Durchmesser von 100 µm oder weniger (möglicherweise bis unter 1 µm) kann eine Bildung feiner Muster mit einer Leiterbahnbreite und einer Abstandsbreite von 20 bis 50 µm verwirklicht werden, wodurch ermöglicht wird, 2 bis 5 Drähte zwischen die 150-500 µm-Anschlußflecken zu le gen.

Es ist gemäß dem oben beschriebenen Verfahren, bei dem die Verbundfolien verbunden werden, im Vergleich mit dem aufeinanderfolgenden Laminierverfahren, bei dem ein Po lyimidlack od. dgl. zur Bildung der Isolierschichten auf gebracht wird, auch möglich, das Herstellungsverfahren weiter zu vereinfachen, da kein Lackaushärtungsschritt benötigt wird, und es kann ein Dünnfilmvielschichtver drahtungssubstrat mit Eignung einer Hochdichtepackung mit hoher Verläßlichkeit geboten werden.

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Bei spiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im einzelnen anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Die Fig. 6A bis 6G sind ein Arbeitsplan, der ein Beispiel des Herstellungsverfahrens einer Kupfer/Polyimid-Dünn filmvielschichtverdrahtungsplatte zeigt, wobei die Veran schaulichung durch schematische Querschnittsansichten des Substrats in den einzelnen Schritten erfolgt.

Schritt (a): Auf einem 6 mm dicken glasverstärkten Kera miksubstrat 1 wurde ein Cr/Cu/Cr-Leiterfilm (Cr: 50 nm dick; Cu: 5 µm dick), der eine erste metallische Verdrah tungsschicht wird, durch Aufstäuben in Ar-Gas, wie in Fig. 6A gezeigt, gebildet.

Schritt (b): Ein Resistmuster (positives Resist) wurde auf dem Cr/Cu/Cr-Leiterfilm gebildet und zur Bildung ei ner ersten metallischen Verdrahtungsschicht 9 naßgeätzt, wie in Fig. 6B gezeigt ist, die außerdem das Substrat 1 durchsetzende Metallstifte 5 zeigt.

Schritt (c): Auf die erste metallische Verdrahtungs schicht 9 wurde eine 20 µm dicke halbausgehärtete Polyimidklebefolie durch Pressen bei 250°C unter 147 N/cm² Druck fest aufgebracht und dann zur Bildung einer Iso lierschicht 2 ausgehärtet, wie in Fig. 6C gezeigt ist.

Schritt (d): Dann wurde ein 200 nm dicker Al-Film 12 durch Vakuumabscheidung als eine Trockenätzungsmaske ge bildet, wie in Fig. 6D gezeigt ist.

Schritt (e): Eine Trockenätzungsmaske 8 zum Bilden von Durchgangslöchern wurde durch Photoätzen gebildet, und dann wurden Durchgangslöcher 7 durch eine (nicht darge stellte) Parallelplattentyp-Trockenätzungsvorrichtung un ter Verwendung eines Sauerstoffgasplasmas mit einem Gas druck von 3 Pa und einem Hochfrequenzausgang von 500 W gebildet, wie in Fig. 6E gezeigt ist.

Die erforderliche Trockenätzungszeit zur Bildung der Durchgangslöcher 7 ist etwa 80 Minuten. Wenn das Ätzen weiter für zusätzliche 20 bis 25 Minuten fortgesetzt wird, verschwindet die Cr-Schicht (50 nm) auf der Ober fläche der Anschlußfläche 13 am Boden jedes Lochs unter Freilegung der Cu-Oberfläche. Die Polyimidtrockenätzge schwindigkeit war 0,2 bis 0,3 µm/min.

Schritt (f): Da die Oberfläche der Anschlußfläche 13 am Boden jedes Durchgangslochs Cu war, ließ man eine chemi sche Kupferabscheidung (gewöhnlich Musterabscheidung ge nannt) direkt ohne Notwendigkeit der Durchführung irgend einer Vorbehandlung wachsen, um einen Durchgangsstift 3 aus Cu in jedem Durchgangsloch zu bilden, wie in Fig. 6F gezeigt ist.

Die erforderliche chemische (oder stromlose) Kupferab scheidungszeit zur Bildung der Cu-Durchgangsstifte mit einem Durchmesser von 30 µm und einer Höhe von 25 µm war etwa 5 Stunden.

Schritt (g): Auf der Isolierschicht 2 wurde ein Cr/Cu/Cr-Leiterfilm (Cr: 50 nm dick; Cu: 5 µm dick) gebildet und einem Aufstäuben zur Bildung einer zweiten metallischen Verdrahtungsschicht 10 in der gleichen Weise wie in den Schritten (a) und (b) ausgesetzt, wie in Fig. 6G gezeigt ist.

Es ist möglich, ein Dünnfilmvielschichtverdrahtungs substrat mit drei oder mehr metallischen Verdrahtungs schichten herzustellen, indem die obigen Schritte (d) bis (g) wiederholt werden.

Fig. 7 ist eine schematische Schnittansicht eines gepack ten Substrats mit großintegriertem Schaltkreis 14, der auf einer Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte 24 mon tiert ist, die im oben beschriebenen Beispiel 1 erhalten wurde. Die Polyimid/Kupfer-Dünnfilmverdrahtungsschichten wurden auf einem Keramiksubstrat 15 gebildet und mittels der Durchgangsstifte verbunden, um eine Dünnfilmviel schichtverdrahtungsplatte 24 zu bilden, und der großinte grierte Schaltkreis 14 wurde auf dieser Platte montiert und durch Lotkugeln 16 verbunden.

Beispiel 2

Die Fig. 8A bis 8G stellen einen Arbeitsplan dar, der ein Beispiel des Herstellungsverfahrens einer Kupfer/Poly imid-Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte zeigt, wie durch die schematischen Schnittansichten des Substrats in den einzelnen Schritten veranschaulicht wird, wobei das Verfahren unter Verwendung einer Verbundfolie anstelle einer halb ausgehärteten Polyimidklebefolie, wie sie im Schritt (c) des Beispiels 1 verwendet wurde, durchgeführt wird.

Die Verbundfolie 17 wurde durch Beschichtung einer Polyi midfolie 19 mit einer Klebeschicht 18 erhalten, die aus einem Dehydrierungskondensationstyp-Polyimidharz mit Chinazolinringen in seinem chemischen Aufbau und einem wärmehärtenden Maleimidharz mit Fluorgruppen zusammenge setzt war. Die Polyimidfolie 19 war 10 µm dick, und die Klebeschicht 18 war 10 µm dick.

Das Verfahren wurde gemäß den gleichen Schritten wie im Beispiel 1 mit Ausnahme des Schritts (c) durchgeführt, wo die Verbundfolie auf die erste metallische Verdrahtungs schicht bei 280°C unter 147 N/cm² Druck aufgepreßt wur de.

Die Bildung der Durchgangslöcher im Schritt (e) wurde un ter Verwendung eines Sauerstoffgasplasmas mit einem Gas druck von 3 Pa und einem HF-Ausgang von 800 W durchge führt.

Im einzelnen war die erforderliche Trockenätzungszeit zum Bilden der Durchgangslöcher 7 mit einem Durchmesser von 30 µm und einer Höhe von 20 µm etwa 100 Minuten, und die Trockenätzungsgeschwindigkeit der Verbundfolie 17 war 0,2 µm/min, die also im wesentlichen die gleichen wie bei der Verarbeitung der Polyimidschicht im Beispiel 1 waren.

Durch mehrmaliges Wiederholen der Schritte, die in den Fig. 8D bis Fig. 8G gezeigt sind, ist es möglich, drei oder mehr metallische Verdrahtungsschichten zu bilden.

Beispiel 3

Die Fig. 9A bis 9G sind schematische Schnittansichten, die ein Beispiel des Herstellungsverfahrens einer Kup fer/Polyimid- Dünnfilmverdrahtungsplatte unter Verwendung einer kupferbeschichteten Verbundfolie 20 zeigen, die ei ne Verbundfolie, die die gleiche wie die im Beispiel 2 verwendete war, und eine auf der Oberseite der Folie ge bildete Kupferfolie aufweist.

Die kupferbeschichtete Verbundfolie 20 wurde erhalten, indem man eine kupferbeschichtete Polyimidfolie mit einem Kleber überzog, der aus einem Dehydrierungskondensations typ-Polyimidharz mit Chinazolinringen in der chemischen Struktur und einem wärmehärtenden Maleimidharz mit Fluor gruppen zusammengesetzt war. Die Kupferschicht, die Po lyimidfolie und die Klebeschicht waren jeweils 10 µm dick. Die Kupferschicht dient als eine Trockenätzungsmas ke 8 zur Bestimmung der Durchgangslöcher.

Das Verfahren wurde gemäß dem gleichen Vorgehen wie im Beispiel 1 mit Ausnahme des Schritts (c) durchgeführt, wo die kupferbeschichtete Verbundfolie auf die erste metal lische Verdrahtungsschicht bei 280°C unter 147 N/cm² un ter Druck fest aufgebracht wurde.

Die Bildung der Durchgangslöcher 7 im Schritt (e) wurde unter Verwendung eines Sauerstoffgasplasmas mit einem Gasdruck von 3 Pa und einem HF-Ausgang von 800 W durchge führt.

In diesem Ausführungsbeispiel war die erforderliche Trockenätzungszeit zum Bilden der Durchgangslöcher 7 mit ei nem Durchmesser von 30 µm und einer Höhe von 20 µm etwa 100 Minuten (0,2 µm/min), die im wesentlichen die gleiche wie die Polyimidschichtverarbeitungsgeschwindigkeit im Beispiel 1 war.

Durch mehrfaches Wiederholen der in den Fig. 9D bis Fig. 9G gezeigten Schritte ist es möglich, drei oder mehr me tallische Verdrahtungsschichten zu bilden.

Beispiel 4

Ein Beispiel einer Durchgangsstiftverbindungsplatte mit 6 metallischen Verdrahtungsschichten ist durch eine schema tische Schnittdarstellung in Fig. 1 gezeigt.

In diesem Beispiel wurde eine Verbundfolie verwendet, in der die als Isolierschicht 2 dienende Klebeschicht aus einem Dehydrierungskondensationstyp-Polyimidharz mit Chinazolin-Ringen in der chemischen Struktur und einem wärmehärtenden Maleimidharz mit Fluorgruppen zusammenge setzt war, und die Durchgangslöcher wurden durch Excimer laser gebildet. Wie in den vorstehenden Ausführungsbei spielen wurde eine Schichtvervielfachung durch Durch gangsstiftverbindung von Schichten zur Bildung einer Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte vorgenommen.

Beispiel 5

Fig. 10 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel einer Packung zeigt, in der eine gemäß Beispiel 1 erhaltene Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte als ein großformatiges Computersubstrat verwendet wird. Dies ist ein Beispiel, wobei ein Zapfenverbindungstyp-Modulsub strat 22 auf einer großformatigen gedruckten Verdrah tungsplatte 21 montiert ist.

Das Modulsubstrat 22 weist einen gesinterten Vielschicht körper aus glasverstärkter Keramik und Kupferschichten auf und trägt an seiner Unterseite befestigte Verbin dungszapfen 23. Eine Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplat te 24 gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf dem Modul substrat 22 gebildet, und ein großintegrierter Schalt kreis 14 ist darauf montiert und durch Lotkugeln 16 ver bunden. Die Bezugsziffer 25 bezeichnet ein Durchgangs loch.

Entsprechend dem Packungssubstrat dieses Ausführungsbei spiels der Erfindung war es möglich, die Gesamtzahl von Drähten auf etwa 1/4 zu verringern und die Verdrahtungs dichte zu steigern. Weiter kann die Signalübertragungsge schwindigkeit auf etwa das 1,5fache im Vergleich mit den herkömmlichen Substraten gesteigert werden.

Die Herstellungskosten des Packungssubstrats lassen sich insgesamt auf 1/2 oder weniger verringern.

Die Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte gemäß der Er findung eignet sich zur Erreichung einer Steigerung der Packungsdichte und der Beschleunigung der Signalübertra gung durch Verringerung der Drahtlänge. Außerdem kann das Herstellungsverfahren merklich verkürzt werden, indem ei ne folienartige Isolierschicht (beispielsweise die Polyi midverbundfolie) verwendet wird.

Die Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte gemäß der Er findung ist ausgezeichnet als ein Substrat für großinte grierte elektronische Computer, als Packungssubstrat für Arbeitsstationen, als Packungssubstrat für kleinformatige elektronische Vorrichtungen, wie z. B. eine Videocamera, usw.

Claims

1. Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte mit einer er sten und einer zweiten metallischen Verdrahtungs schicht (4, 4) die auf einem Substrat (1) mit einer zwischen den metallischen Verdrahtungsschichten (4, 4) eingefügten organischen Isolierschicht (2) gebil det sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußflächen der ersten und zweiten metal lischen Verdrahtungsschichten (4, 4) mittels Durch gangsstifte (3) elektrisch miteinander verbunden sind, die aus einem in Durchgangslöcher (7) gefüllten leitenden Metall bestehen und durch stromlose Ab scheidung gebildet sind.

2. Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen dem Oberendendurchmesser und dem Bodendurchmesser der Durchgangsstifte (3) 10% oder weniger ist oder der durch die Abschrägung der Isolierschichtgrenzfläche jedes Durchgangsstiftes (3) mit dessen Achse gebildete Winkel 5° oder weniger ist.

3. Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Durchgangsstift (3) aus Kupfer besteht und durch stromlose Abscheidung gebildet ist.

4. Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite metallische Verdrahtungsschicht (4) ein durch Vakuumabscheidung und/oder Aufstäuben ge bildeter Metallfilm ist.

5. Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsstiftseite des Verbindungsbereichs jedes Durchgangsstiftes (3) und der zweiten metalli schen Verdrahtungsschicht (4) eine geschliffene Ober fläche hat.

6. Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmvielschicht verdrahtungsplatte nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte aufweist:
Aufbringen einer isolierenden Klebefolie auf ein Substrat (1) mit einer ersten metallischen Verdrah tungsschicht (9) auf seiner Oberfläche zur Bildung einer Isolierschicht (2),
Bilden von Durchgangslöchern (7) in der Isolier schicht (2) durch Trockenätzung oder Laserbearbei tung,
Füllen der Durchgangslöcher (7) mit einem leitenden Metall durch stromlose Abscheidung zur Bildung von Durchgangsstiften (3),
Abschleifen von aus der Isolierschicht (2) vorragen den Teilen der Durchgangsstifte (3) zur Flachmachung der Isolierschichtoberfläche, und
Bilden einer zweiten metallischen Verdrahtungsschicht (10) und deren Verbinden mit den Durchgangsstiften (3).

7. Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmvielschicht verdrahtungsplatte nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte aufweist:

(1) Laminieren einer Verbundfolie (17), die eine Trä gerfolie (19) und eine Klebeschicht (18) auf weist, auf ein Substrat (1) mit einer ersten me tallischen Verdrahtungsschicht (9) auf deren Oberfläche bei Kontaktierung der Klebeschicht (18) mit der ersten metallischen Verdrahtungs schicht (9);
(2) Entfernen der Trägerfolie (19) und Härten der Klebeschicht (18) zur Bildung einer Isolier schicht;
(3) Bilden von Durchgangslöchern (7) in der Isolier schicht;
(4) Füllen der Durchgangslöcher (7) mit einem leiten den Metall durch stromlose Abscheidung;
(5) Abschleifen von aus der Oberfläche der Isolier schicht vorragenden Teilen des leitenden Metalls zur Flachmachung des leitenden Metalls und zur Bildung von Durchgangsstiften (3); und
(6) Bilden einer zweiten metallischen Verdrahtungs schicht (10) und deren Verbinden mit den Durch gangsstiften (3).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundfolie (17) eine organische Trägerfolie (19) mit einer darauf gebildeten organischen Klebe schicht (18) aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (7) durch Trockenätzung un ter Verwendung eines Plasmas von O₂, CF₄ oder eines Mischgases davon gebildet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Bildung der Durchgangslöcher (7) verwen dete O₂-, CF₄- oder O₂/CF₄-Mischgas-Plasma einen Gas druck von 5 Pa oder weniger hat.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (7) durch Excimerlaser ge bildet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (7) durch winkeltreue Mas kenbearbeitung unter Verwendung von Excimerlaser ge bildet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (18) aus einem Dehydrierungskon densationstyp-Polyimidharz mit Chinazolinringen und einem wärmehärtenden Maleimidharz mit Fluorgruppen zusammengesetzt ist.

14. Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine oder mehrere weite re metallische Verdrahtungsschichten (4) abwechselnd mit einer oder mehreren weiteren zwischengefügten or ganischen Isolierschichten (2), welche Verdrahtungs schichten (4) mit der jeweils vorher gebildeten me tallischen Verdrahtungsschicht (4) mittels in der gleichen Weise, wie im Anspruch 1 beschrieben, gebil deter Durchgangsstifte (3) elektrisch verbunden sind.

15. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich die mehrmalige Wiederholung des Schritts des Aufbringens einer isolierenden Klebefo lie bis zum Schritt des Bildens einer zweiten metal lischen Verdrahtungsschicht (10) vorsieht.

16. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich die mehrmalige Wiederholung der Schritte (1) bis (6) vorsieht.

17. Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte, die ein Sub strat (1) und eine Mehrzahl von darauf gebildeten me tallischen Verdrahtungsschichten (4) mit je einer zwischen zwei Verdrahtungsschichten abwechselnd ein gefügten organischen Isolierschicht (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Anschlußflächen der metallischen Verdrah tungsschichten (4) mittels Durchgangsstifte (3), die aus einem in Durchgangslöcher (79 gefüllten, elek trisch leitfähigen Metall bestehen und durch stromlo se Abscheidung gebildet sind.

18. Dünnfilmvielschichtverdrahtungsplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen dem Oberendendurchmesser und dem Bodendurchmesser jedes der Durchgangsstifte (3) 10% oder weniger ist oder der von der Grenzflä che zwischen der Isolierschicht (2) und jedem Durch gangsstift (3) zu dessen Achse gebildete Winkel 5° oder weniger ist.