JP2004247744A - Wiring structure and its manufacturing method - Google Patents

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Hideo Togawa
英男 外川
Yoshiharu Otani
美晴 大谷
Fusaji Shoji
房次 庄子
Fumio Kataoka
文雄 片岡
Haruhiko Matsuyama
治彦 松山
Eiji Matsuzaki
永二 松崎
Hidetaka Shigi
英孝 志儀
Naoki Matsushima
直樹 松嶋
Tetsuya Yamazaki
哲也 山▲崎▼
Shiro Akamatsu
史郎 赤松
Seiji Ikeda
省二 池田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-reliability wiring structure that excels in the mechanical property of a polyimide insulating layer and the property of interface adhesiveness by controlling the melting-out of copper from copper wiring to the insulating layer and by avoiding the crack of the insulating layer, and its low-cost manufacturing method. <P>SOLUTION: For the purpose of obtaining polyimide insulating film by directly applying polyimide precursor formulation to the surface of copper wiring and heat curing, polyamide acid with low acidity of carboxyl group or polyimide precursor formulation comprising basic compound is used as precursor of polyimide. Furthermore, for the purpose of preventing polyamide acid with high acidity from directly contacting copper, the exposed part of copper wiring 14 and 14a is covered with a copper diffusion inhibition layer 16 made from polyimide that is obtained by heat curing of polyamide acid with low acidity. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

産業上の利用分野Industrial applications

本発明は、主に銅からなる配線材料と、主にポリイミドからなる絶縁膜とを備える薄膜配線を有する配線構造体およびその製造法に係り、特に、高集積実装基板およびその製造法に関する。   The present invention relates to a wiring structure having a thin film wiring including a wiring material mainly made of copper and an insulating film mainly made of polyimide, and a method for manufacturing the same, and more particularly to a highly integrated mounting substrate and a method for manufacturing the same.

近年、LSI(大規模集積回路)を実装するための配線基板など、配線構造体の多層化、高集積化、高性能化が進んでいる。これに伴い、超高速の集積回路チップを直接搭載させるための多層配線基板の開発が進められている。この多層配線基板にはセラミック基板上に多層に導体パターンを高密度で設けた薄膜多層配線が形成されることが多くなっている。そこで、薄膜多層配線の絶縁膜には、高度な特性が要求されるようになってきている。現在、この絶縁膜の材料の一つとして、ポリイミドが広く使用されている。   2. Description of the Related Art In recent years, wiring structures such as a wiring board for mounting an LSI (Large Scale Integrated Circuit) and the like have been multi-layered, highly integrated, and highly sophisticated. Along with this, development of a multilayer wiring board for directly mounting an ultra-high-speed integrated circuit chip has been promoted. In many cases, the multilayer wiring board is formed with a thin-film multilayer wiring in which conductive patterns are provided in a multilayer at a high density on a ceramic substrate. Therefore, the insulating film of the thin-film multilayer wiring is required to have advanced characteristics. At present, polyimide is widely used as one of the materials for this insulating film.

ポリイミドは、一般に、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを極性有機溶媒中で重合反応させてポリイミド前駆体(ポリアミド酸)を生成し、これを加熱等により脱水閉環させる方法で得られる。   Polyimide is generally obtained by a method in which a diamine component and a tetracarboxylic dianhydride component are polymerized and reacted in a polar organic solvent to produce a polyimide precursor (polyamic acid), which is dehydrated and ring-closed by heating or the like.

従来より行われている薄膜配線基板の製造の方法は、例えば、「アイ・イー・イー・イー トランザクションズ オン コンポーネンツ ハイブリッド アンド マニュファクチュアリング テクノロジ」第13巻2号 1990年6月 第440〜443頁(IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS,HYBRIDS,AND MANUFACTURING TECHNOLOGY,VOL.13,NO2,JUNE1990,440〜443)に
おいて論じられており、また、具体的な例については特開平4−23390号公報などに記載されている。
A conventional method of manufacturing a thin-film wiring board is described in, for example, "IEE Transactions on Components Hybrid and Manufacturing Technology", Vol. 13, No. 2, June 1990, pp. 440-443 ( IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS, HYBRIDS, AND MANUFACTURING TECHNOLOGY, VOL. 13, NO2, JUNE 1990, 440-443), and specific examples are described in JP-A-4-23390. .

上記従来技術では、Cuよりなる導体パターン上にポリイミド前駆体であるポリアミド酸ワニスを塗布し、加熱硬化することによってポリイミド絶縁膜を形成している。しかし、従来より知られているポリイミドでは、例えば「ジャーナル オブ ヴァキューム サイエンス アンド テクノロジ(Journal of Vacuum Science and Technology)」A,第7巻,3号(1989)の第1402〜1412頁や、同誌A,第9巻,6号(1991)の第2963〜2974頁に記載されているように、銅に接触した状態で、この脱水閉環のための加熱を行うと、銅がポリイミド(またはポリイミド前駆体)内に溶出し、この溶出した銅によって、高温時にポリイミドが分解するという問題があった。そこで、ポリイミド内に溶出した銅によりポリイミドが高温で分解するという問題を解決するために、300℃以上の高温時の加熱を、アルゴンと水素の混合ガスのような還元性のガスを用いた還元性の雰囲気中で行なうことという方法が知られている。   In the above prior art, a polyimide insulating film is formed by applying a polyamic acid varnish, which is a polyimide precursor, on a conductor pattern made of Cu and heat-curing. However, conventionally known polyimides include, for example, “Journal of Vacuum Science and Technology” A, Vol. 7, No. 3 (1989), pp. 1402-1412, and As described in Vol. 9, No. 6 (1991), pp. 2963-2974, when heating is performed for this dehydration ring closure while in contact with copper, copper becomes polyimide (or a polyimide precursor). There is a problem that the polyimide is decomposed at a high temperature due to the eluted copper. Therefore, in order to solve the problem that polyimide is decomposed at a high temperature due to copper eluted in the polyimide, heating at a high temperature of 300 ° C. or more is performed by using a reducing gas such as a mixed gas of argon and hydrogen. There is known a method of performing in an atmosphere of nature.

しかし、この方法では、ポリイミドが高温で分解するという問題は解決できるが、ポリイミドまたはポリイミド前駆体内への銅の溶出は抑えることができない。ポリイミド(またはポリイミド前駆体)内部へ溶出した銅は、銅とポリイミドとの間での接着性の低下をきたし、さらに、誘電率を上昇させるため、信号伝送遅延時間を増大させる。また、上記の還元性ガスは高価であるから、特に配線を多層に繰返し形成する製品を製造する場合には、製品のコスト高につながるという別の問題も生ずる。   However, this method can solve the problem that polyimide decomposes at high temperature, but cannot suppress the elution of copper into polyimide or polyimide precursor. The copper eluted into the polyimide (or the polyimide precursor) causes a decrease in the adhesiveness between the copper and the polyimide, and further increases the dielectric constant, thereby increasing the signal transmission delay time. Further, since the above-mentioned reducing gas is expensive, another problem arises that the cost of the product is increased particularly when a product in which wirings are repeatedly formed in multiple layers is manufactured.

この、銅がポリイミド内に溶出するという問題を解決するための案として、ポリイミド前駆体(ポリアミド酸)のカルボキシル基をエステル化する方法が考えられる。この場合、エステル化したポリイミド前駆体が高価であるために、特に配線を多層に繰返し形成する製品を製造する場合には製品のコスト高につながるという問題がある。また、エステル化の原料である酸塩化物が水分に対して不安定であるために、ポリイミド前駆体のエステル化率が必ずしも100%にはならず、カルボキシル基が少量ながら残ってしまうという問題もある。さらに、酸塩化物によるポリイミド前駆体のエステル化反応では、カルボキシル基と等モル量の塩酸が生成し、これを100%除くのは容易ではないという問題もある。すなわち、エステル化したポリイミド前駆体を用いる場合、カルボキシル基や塩酸等の酸成分がポリイミド前駆体溶液内に残ってしまい、この酸が金属銅の溶出を促進してしまうため、結果的に、銅がポリイミド内に溶出する現象を抑制しきれないという問題があった。   As a solution for solving the problem that copper is eluted into polyimide, a method of esterifying a carboxyl group of a polyimide precursor (polyamic acid) can be considered. In this case, since the esterified polyimide precursor is expensive, there is a problem that the cost of the product is increased particularly when a product in which wiring is repeatedly formed in multiple layers is manufactured. In addition, since the acid chloride as a raw material for esterification is unstable with respect to moisture, the esterification rate of the polyimide precursor is not always 100%, and a small amount of carboxyl groups remains. is there. Further, in the esterification reaction of the polyimide precursor with an acid chloride, there is a problem that hydrochloric acid is produced in an equimolar amount with a carboxyl group, and it is not easy to remove 100% of this. That is, when an esterified polyimide precursor is used, an acid component such as a carboxyl group or hydrochloric acid remains in the polyimide precursor solution, and this acid promotes the elution of metallic copper. However, there is a problem that the phenomenon of eluting into polyimide cannot be completely suppressed.

一方、銅のポリイミド内への溶出を防止する別の方法として、銅の露出部をポリイミドに溶出しない別の金属で被覆してからポリイミドを形成するという方法が知られている。しかし、この場合、銅以外の別の金属を形成する工程が増加するために製品のコスト高を招くという問題がある。また、ニッケルやアルミニウム等を銅の被覆に用いた場合には、銅を被覆した金属が、加熱に際して銅と相互拡散するため、配線全体としての抵抗値の増加を招く原因となる。さらに、被覆した金属の表面にまで銅が拡散してしまうと、結果的に銅がポリイミド内へ溶出してしまうという問題があった。   On the other hand, as another method for preventing elution of copper into polyimide, there is known a method in which an exposed portion of copper is coated with another metal that does not elute in polyimide, and then polyimide is formed. However, in this case, there is a problem that the cost of the product is increased because the number of steps for forming another metal other than copper is increased. Further, when nickel, aluminum, or the like is used for coating copper, the metal coated with copper interdiffuses with copper during heating, which causes an increase in the resistance value of the entire wiring. Furthermore, when copper diffuses to the surface of the coated metal, there is a problem that copper is eluted into the polyimide as a result.

そこで、本発明者らは、これらの問題に鑑み、エステル化したポリイミド前駆体を用いることなく、またポリイミド前駆体の加熱硬化中に高価な還元性ガスを用いることなく、ポリイミドまたはその前駆体への銅の溶出を抑止する、すなわち、銅とポリイミド前駆体との反応を抑止する製造法、および、銅の溶出のない配線構造体を提供することを目的として、鋭意検討を重ねた結果、本発明に至ったものである。

























In view of these problems, the present inventors have developed a polyimide or its precursor without using an esterified polyimide precursor and without using an expensive reducing gas during heat curing of the polyimide precursor. In order to suppress the elution of copper, that is, a production method for suppressing the reaction between copper and the polyimide precursor, and to provide a wiring structure free of copper elution, as a result of intensive studies, This has led to the invention.

























以上述べたように、配線の一部として銅を用い、該銅と直接に接する絶縁膜がポリイミド前駆体から加熱により形成されるポリイミドである場合には、該銅とポリイミド前駆体との界面での反応を抑止すること、さらに、上層金属層との接続をするためのヴィア配線を形成する場合には、絶縁膜の応力を低減することが、配線構造体を製造する上で必須となる。   As described above, when copper is used as a part of the wiring and the insulating film directly in contact with the copper is a polyimide formed by heating from the polyimide precursor, the interface between the copper and the polyimide precursor is formed. In order to suppress the above reaction and to form a via wiring for connection with the upper metal layer, it is essential to reduce the stress of the insulating film in manufacturing the wiring structure.

そこで、本発明では、カルボキシル基の酸性度の低いポリイミド前駆体を用いること、塩基性化合物により系の酸性度を抑制したポリイミド前駆体組成物を用いること、ポリイミド前駆体の加熱硬化の際に、雰囲気中の酸素濃度を制限すること、および/または、ポリイミド膜の膜厚を薄くすることにより、銅とポリイミド前駆体との反応を抑制する。   Therefore, in the present invention, using a polyimide precursor having a low acidity of the carboxyl group, using a polyimide precursor composition in which the acidity of the system is suppressed by a basic compound, when heating and curing the polyimide precursor, The reaction between copper and the polyimide precursor is suppressed by limiting the oxygen concentration in the atmosphere and / or reducing the thickness of the polyimide film.

ところで、マルチチップモジュ−ル等の配線基板の薄膜多層配線層を、配線として銅を用い、絶縁膜としてポリイミドを用いて形成する場合、上で述べた問題の他に、絶縁膜の平坦化を図るために機械的な手段により研磨すると、ポリイミドの絶縁膜にクラックが発生することがあるという問題に遭遇した。   By the way, when a thin-film multilayer wiring layer of a wiring board such as a multi-chip module is formed using copper as a wiring and polyimide as an insulating film, in addition to the above-described problems, planarization of the insulating film is required. If the polishing is performed by mechanical means for the purpose, cracks may be generated in the polyimide insulating film.

そこで、本発明では、絶縁膜を第1の絶縁膜と第2の絶縁膜とからなる複合膜とすることが望ましい。   Therefore, in the present invention, it is preferable that the insulating film be a composite film including the first insulating film and the second insulating film.

ここで、銅配線上に直接形成される第1の絶縁膜としては、銅との反応性を抑制した有機高分子膜(銅の拡散を阻止する拡散阻止層)とする。このようにすれば、銅の露出部分を拡散阻止層で覆ったのち、この拡散阻止層表面に第2の絶縁層を形成するため、第2の絶縁層の形成に酸性度の高いポリアミド酸を用いたとしても、このポリアミド酸が銅に直接接触しないため、銅の拡散は阻止される。また、本発明では、銅の露出部分を有機高分子化合物で覆うため、ポリイミドに溶出しない別の金属で銅を被覆する場合と異なり、被覆材と銅との相互拡散などの問題も生じない。   Here, as the first insulating film formed directly on the copper wiring, an organic polymer film in which reactivity with copper is suppressed (a diffusion blocking layer that blocks diffusion of copper) is used. According to this configuration, after the exposed portion of the copper is covered with the diffusion blocking layer, the second insulating layer is formed on the surface of the diffusion blocking layer. Therefore, polyamic acid having high acidity is used for forming the second insulating layer. Even if used, the diffusion of copper is prevented because the polyamic acid does not directly contact the copper. In addition, in the present invention, since the exposed portion of copper is covered with the organic polymer compound, there is no problem such as mutual diffusion between the coating material and copper, unlike the case where copper is covered with another metal that does not elute into polyimide.

第1の絶縁膜表面に形成される第2の絶縁膜としては、低熱膨張性ポリイミド膜を用いることが望ましい。このようにすれば、膜応力を低減できるため、ポリイミドの機械的特性を維持しつつ、銅とポリイミドとの界面接着性に優れ、かつ、クラックの発生しない、配線基板全体として高信頼性である配線構造体が得られる。   It is desirable to use a low thermal expansion polyimide film as the second insulating film formed on the surface of the first insulating film. In this way, since the film stress can be reduced, the interfacial adhesion between copper and the polyimide is excellent while maintaining the mechanical properties of the polyimide, and the cracks do not occur, and the entire wiring board has high reliability. A wiring structure is obtained.

以下に、本発明の、(1)銅とポリイミド前駆体との反応の抑止、(2)配線構造体製造時のポリイミド膜に発生するクラックの防止、の2つの課題を解決した際に用いた手段の作用につき述べる。   The present invention was used to solve the following two problems of the present invention: (1) suppression of the reaction between copper and a polyimide precursor, and (2) prevention of cracks generated in a polyimide film at the time of manufacturing a wiring structure. The operation of the means will be described.

(1)銅とポリイミド前駆体との反応の抑止
先ず、銅とポリイミド前駆体との反応の抑止の達成方法に関して、その作用を詳細に説明する。
(1) Suppression of Reaction between Copper and Polyimide Precursor First, the operation of the method for achieving suppression of the reaction between copper and the polyimide precursor will be described in detail.

銅のポリイミドまたはポリイミド前駆体への溶出は、銅とポリイミド前駆体との反応により起こると考えられる。銅とポリイミド前駆体との反応は、ポリイミド前駆体中に存在するカルボン酸から解離する酸による金属銅のイオン化反応、すなわち、下記の反応式1、反応式2のいずれかで表わされる酸化還元反応であると捉えることができる。


It is considered that the elution of copper into the polyimide or the polyimide precursor occurs due to the reaction between copper and the polyimide precursor. The reaction between copper and the polyimide precursor is an ionization reaction of metallic copper by an acid dissociated from a carboxylic acid present in the polyimide precursor, that is, an oxidation-reduction reaction represented by any of the following reaction formulas 1 and 2. Can be considered as


Figure 2004247744
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これらの酸化還元反応の標準電位Eは、反応式1で表わされる反応の場合、E=−0.68Vであり、反応式2で表わされる反応の場合E=+1.78Vである。標準電位Eは、いわゆるネルンスト(Nernst)の式において、左辺のCuと右辺のCuイオンが等しい活量にある場合の左辺と右辺の電位の差を表したものであり、一般に、この値が正の場合は反応が右側に自発的に進行し、負の場合には右側に進行しにくい。   The standard potential E of these oxidation-reduction reactions is E = -0.68 V in the case of the reaction represented by the reaction formula 1, and E = + 1.78 V in the case of the reaction represented by the reaction formula 2. The standard potential E represents a difference between the potentials on the left and right sides when the Cu on the left side and the Cu ion on the right side have the same activity in the so-called Nernst equation. In general, this value is positive. In the case of, the reaction spontaneously proceeds to the right, and in the case of negative, the reaction hardly proceeds to the right.

反応式1の反応は、標準電位が負であり、自発的には進行しない。反応式2の反応は、標準電位が正であり、自発的に進行する。従って、銅とポリイミドの反応は、酸による銅のイオン化とそれに伴う水素発生反応という、反応式1の形態ではなく、酸と銅と酸素の3者が関与する水生成反応(反応式2)であると考えられる。   The reaction of the reaction formula 1 has a negative standard potential and does not proceed spontaneously. In the reaction of the reaction formula 2, the standard potential is positive and the reaction proceeds spontaneously. Therefore, the reaction between copper and polyimide is not a form of reaction formula 1 of ionization of copper by an acid and the accompanying hydrogen generation reaction, but a water formation reaction (reaction formula 2) involving three of acid, copper and oxygen. It is believed that there is.

そこで、上述の反応に関するネルンスト(Nernst)の式を再度詳細に考察してみる。上述の反応式2の標準電位Eは、左辺のCuと右辺のCuイオンが等しい活量にある場合、すなわち近似的には左辺のCuの約1/2が反応してCuイオンになってしまった場合の左辺と右辺の電位の差を表していた。反応をより定量的に議論するには、酸素の分圧や水素イオン濃度及びCuイオンの活量を考慮した下記数式1(”Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous solutions”(1966年、Pergamon Press Ltd.発行)の第386頁、第541頁に記載され
ている)が必要となる。
Thus, the Nernst equation for the above reaction will be considered again in detail. The standard potential E in the above-mentioned reaction formula 2 is such that when the Cu on the left side and the Cu ion on the right side have the same activity, that is, approximately Cu of the Cu on the left side reacts to become Cu ions. In this case, the potential difference between the left side and the right side was represented. In order to discuss the reaction more quantitatively, the following equation 1 (“Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous solutions” (1966, Pergamon Press Ltd., published by Pergamon Press Ltd.) considering the partial pressure of oxygen, hydrogen ion concentration and activity of Cu ion is considered. ) On pages 386 and 541).

E=1.78−0.12pH+0.03log(pO2)
−0.06log[Cu2+] …… 数式1
この式の左辺Eは、反応式2の反応の前後での電位の差、すなわちポテンシャルエネルギーの差を表しており、右辺には酸素濃度と水素イオン濃度が、それぞれ酸素分圧(pO2)、水素イオン指数(pH)という形で表れている。Eの数
値がより小さくなれば、反応は進行しにくくなる。
E = 1.78-0.12pH + 0.03log (pO2)
−0.06 log [Cu2 +] Formula 1
The left side E of this equation represents the difference between the potentials before and after the reaction of the reaction formula 2, that is, the difference between the potential energies, and the right side shows the oxygen concentration and the hydrogen ion concentration, respectively, the oxygen partial pressure (pO2) and hydrogen It appears in the form of an ion index (pH). When the value of E becomes smaller, the reaction becomes difficult to proceed.

ここで、例としてポリイミドをエステル化した場合を考えて見る。この場合、エステル化率が100%であれば、pHは近似的に中性であると考えられるがpH=7ではE=0とはならない。すなわち、ポリイミドの前駆体をエステル化しても式(2)の反応はまだ進行する余地のあることがわかる。   Here, consider the case where the polyimide is esterified as an example. In this case, if the esterification rate is 100%, the pH is considered to be approximately neutral, but E = 0 at pH = 7. In other words, it can be seen that even if the polyimide precursor is esterified, there is still room for the reaction of the formula (2) to proceed.

一方、酸素の濃度に関して見てみると、pO2は1以下の数値が入るため、p
O2を含む項は全体としては負となり、酸素濃度が低いほどEの数値は小さくな
り、式(2)の反応は進行しにくくなるものと考えられる。
On the other hand, looking at the concentration of oxygen, pO2 takes a numerical value of 1 or less.
It is considered that the term including O2 becomes negative as a whole, and the numerical value of E decreases as the oxygen concentration decreases, and the reaction of the formula (2) becomes difficult to proceed.

以上の考察から、銅とポリイミド前駆体との反応を抑止する手段として、系の酸性度を低減する(pHを高める)こと、系の酸素濃度を低減すること、の2つが考えられる。   From the above considerations, two methods of suppressing the reaction between copper and the polyimide precursor include reducing the acidity of the system (increasing the pH) and reducing the oxygen concentration of the system.

なお、これらの推測には、反応の前後でのポテンシャルエネルギーの差から平衡論的に導き出されたものであり、反応速度論的な考慮はされていないこと、数式1に表れている数値や係数は理想状態に関するものであること、等から実際の効果はあくまでも実験にて検証する必要がある。そこで、後述する実施例に示すように、本発明者等は、多くの実験によりこれを検証し、実際に、上記の何れも銅とポリイミド前駆体との反応を抑止する上で飛躍的な効果があることを突き止め、本発明に至った。   These estimates are derived from the difference in potential energy before and after the reaction in an equilibrium manner, and are not considered in terms of reaction kinetics. The actual effect needs to be verified by experiment only because is related to the ideal state. Therefore, as shown in the examples described later, the present inventors have verified this through many experiments, and in fact, any of the above has a dramatic effect in suppressing the reaction between copper and the polyimide precursor. The present invention has been found, and the present invention has been achieved.

反応抑制のための上述の2つの手段のうち、本発明では、系の酸性度を低減する手段を採用する。本発明では、低酸性度のポリイミド前駆体として、以下の一般式(化1)で表される繰返し単位を有するポリイミドの前駆体を用いる。   Of the above two means for suppressing the reaction, the present invention employs means for reducing the acidity of the system. In the present invention, a polyimide precursor having a repeating unit represented by the following general formula (Formula 1) is used as the low acidity polyimide precursor.

Figure 2004247744
Figure 2004247744

(式中、R1は、(化2) (Wherein R1 is

Figure 2004247744
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から選ばれる少なくとも一種の4価の有機基であり、R2は芳香環を含む2価の
有機基である。)
なお、本明細書において、「ポリイミドの前駆体」とは、ポリアミド酸と、酸二無水物およびジアミンとの、少なくともいずれかをさす。なお、一般式(化1)で表される繰返し単位を有するポリイミドの前駆体は、下記一般式(化15)のポリアミド酸と、下記一般式(化16)の酸二無水物および下記一般式(化17)のジアミンとの、少なくともいずれかである。なお、(化15)〜(化17)におけるR1およびR2は、上述の一般式(化1)と同様である。
And R2 is a divalent organic group containing an aromatic ring. )
In the present specification, the “polyimide precursor” refers to at least one of a polyamic acid, an acid dianhydride, and a diamine. In addition, the precursor of the polyimide having the repeating unit represented by the general formula (Chemical Formula 1) includes a polyamic acid of the following General Formula (Chemical Formula 15), an acid dianhydride of the following General Formula (Chemical Formula 16), and the following general formula And at least one of the diamines of formula (17). Note that R1 and R2 in (Chemical Formula 15) to (Chemical Formula 17) are the same as those in the above-described general formula (Chemical Formula 1).

Figure 2004247744
Figure 2004247744

Figure 2004247744
Figure 2004247744

Figure 2004247744
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一般式(化1)のポリイミドの前駆体のうち、一般式(化15)のポリアミド酸は、カルボキシル基を有する酸である。この一般式(化15)のポリアミド酸の酸性度は、そのカルボキシル基からの水素イオンの解離の程度に依存する。その解離の程度はR1の構造に依存し、1個のカルボキシル基が結合した芳香環に
、他にどのような置換基が結合しているかで決まる。これは、ハメット(Hammett)則という経験的な規則として知られている。幾つかのR1について計
算して求めた、ハメット則における水素イオンの解離の程度を示すσ値を表1に示す。
Among the precursors of the polyimide of the general formula (1), the polyamic acid of the general formula (15) is an acid having a carboxyl group. The acidity of the polyamic acid of the general formula (Formula 15) depends on the degree of dissociation of hydrogen ions from its carboxyl group. The degree of the dissociation depends on the structure of R1 and is determined by what other substituents are bonded to the aromatic ring to which one carboxyl group is bonded. This is known as the empirical rule called Hammett's rule. Table 1 shows the σ values indicating the degree of dissociation of hydrogen ions according to the Hammett's rule, which were calculated and calculated for some R1.

Figure 2004247744
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表1で、用いた略称は、つぎの通りである。 The abbreviations used in Table 1 are as follows.

PMDA:ピロメリット酸二無水物
BTDA:3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
TPDA:p−ターフェニル−3,3”,4,4”−テトラカルボン酸二無水物m−TPDA:m−ターフェニル−3,3”,4,4”−テトラカルボン酸二無水物
ODPA:3,3’,4,4’−オキシジフタル酸二無水物
表1から明らかなように、一般に用いられるPMDAやBTDAでは、σ値が正となり酸性度が大きい。一方で、BPDA、ODPA、TPDAではσ値が0以下となり、酸性度が小さい。これにより、前述のR1が(化2)である場合に
そのポリイミド前駆体の酸性度が低く、銅の溶出を低く抑えることが可能となることがわかる。
PMDA: pyromellitic dianhydride BTDA: 3,4,3 ', 4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride BPDA: 3,3', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride TPDA: p- Terphenyl-3,3 ", 4,4" -tetracarboxylic dianhydride m-TPDA: m-terphenyl-3,3 ", 4,4" -tetracarboxylic dianhydride ODPA: 3,3 ' , 4,4'-Oxydiphthalic dianhydride As is clear from Table 1, generally used PMDA and BTDA have a positive σ value and a large acidity. On the other hand, in BPDA, ODPA, and TPDA, the σ value is 0 or less, and the acidity is small. This indicates that when R1 is (Chemical Formula 2), the acidity of the polyimide precursor is low, and the elution of copper can be suppressed.

上述のR2は、R1の芳香環に直接的に結合していないので、ポリイミド前駆体の酸性度にほとんど影響を与えない。ハメット則は水溶液中での経験則であるため、本発明のポリイミド前駆体溶液のような有機溶媒系に直接適用する際は、実際の効果を実験により検証する必要がある。後述の実施例で示されるように、本発明者等は、本発明の(化1)で示される化合物の前駆体は、水溶液中の場合のみならず本発明の対象とする有機溶媒系でも、銅の拡散抑制に有効であることを検証した。   Since R2 described above is not directly bonded to the aromatic ring of R1, it hardly affects the acidity of the polyimide precursor. Since the Hammett's rule is an empirical rule in an aqueous solution, when it is directly applied to an organic solvent system such as the polyimide precursor solution of the present invention, it is necessary to verify the actual effect by experiments. As will be shown in the examples below, the present inventors have found that the precursor of the compound represented by the formula (I) of the present invention can be used not only in an aqueous solution but also in an organic solvent system targeted by the present invention. It was verified that it was effective in suppressing copper diffusion.

ところで、本発明で用いている塩基性化合物は、ポリイミド前駆体中のカルボキシル基を中和し、ポリイミド前駆体を含む溶液全体の酸性度を下げ、従ってpHを上昇させる働きをするという効果を有する。その結果、塩基性化合物の存在は、前述の数式1の左辺にある反応の電位を小さくし、反応を抑止する方向に働く。また、カルボキシル基を中和してあまるほど過剰に添加された塩基性化合物は、さらに系のpHを上昇させることとなり、一層、銅との反応を抑止する効果が増す。従って、絶縁層の形成に用いられるポリイミド前駆体組成物は、含まれるポリイミド前駆体1当量に対して、1当量以上の前記塩基性化合物を含むことが好ましい。すなわち、該ポリイミド前駆体組成物は、反応点の数が、前記ポリイミド前駆体全体の含むカルボキシル基の総数以上になる量の塩基性化合物を含むことが好ましい。   By the way, the basic compound used in the present invention has the effect of neutralizing the carboxyl group in the polyimide precursor, lowering the acidity of the entire solution containing the polyimide precursor, and thus increasing the pH. . As a result, the presence of the basic compound acts in the direction of reducing the potential of the reaction on the left side of the above formula 1 and suppressing the reaction. In addition, the basic compound added in an excessive amount by neutralizing the carboxyl group further increases the pH of the system, and the effect of suppressing the reaction with copper is further increased. Therefore, the polyimide precursor composition used for forming the insulating layer preferably contains 1 equivalent or more of the basic compound with respect to 1 equivalent of the contained polyimide precursor. That is, the polyimide precursor composition preferably contains a basic compound in an amount such that the number of reaction points is equal to or greater than the total number of carboxyl groups contained in the entire polyimide precursor.

また、本発明では、上述の配線構造体の製造方法も提供される。ポリイミドの焼成工程では、雰囲気中の酸素濃度を0.5%以下にすることが望ましい。配線構造体の製造法において、銅がポリイミド前駆体に溶出する過程における酸素の影響は極めて大きい。この酸素濃度を低減することによりポリイミド前駆体に銅が溶出するのを抑止することができる。特に抑止効果の大きい酸素濃度の領域は0.5%以下であり、この濃度を超えると急激に銅の溶出量が増大する。この手段として通常の液体窒素から発生する窒素ガスをポリイミド前駆体塗布後のベーク時の雰囲気として用いることができ、100ppm以下の低酸素濃度の雰囲気は容易に達成可能である。この酸素濃度を低減することと前述のポリイミド前駆体を含む溶液系の酸性度を低減することとは、銅の溶出を抑止する効果に関して加成性が成立つ。従って、できる限り銅とポリイミド前駆体が接する際の雰囲気の酸素濃度を低減し、さらに、用いるポリイミド前駆体(またはその組成物)の酸性度を低減することで、銅の溶出量を最小限度に抑えることが可能となる。   The present invention also provides a method for manufacturing the above-described wiring structure. In the polyimide baking step, it is desirable that the oxygen concentration in the atmosphere be 0.5% or less. In a method of manufacturing a wiring structure, the effect of oxygen in the process of eluting copper into a polyimide precursor is extremely large. By reducing the oxygen concentration, elution of copper into the polyimide precursor can be suppressed. In particular, the region of the oxygen concentration where the deterrent effect is large is 0.5% or less, and when this concentration is exceeded, the amount of copper eluted rapidly increases. As this means, a nitrogen gas generated from ordinary liquid nitrogen can be used as an atmosphere for baking after the application of the polyimide precursor, and an atmosphere having a low oxygen concentration of 100 ppm or less can be easily achieved. Reducing the oxygen concentration and reducing the acidity of the solution containing the above-mentioned polyimide precursor are additive in terms of the effect of suppressing the elution of copper. Therefore, by reducing the oxygen concentration of the atmosphere when the copper and the polyimide precursor come into contact with each other as much as possible, and further reducing the acidity of the polyimide precursor (or its composition) to be used, the elution amount of copper is minimized. It can be suppressed.

そこで、本発明では、ポリイミド前駆体の加熱硬化時には、雰囲気の酸素濃度を0.5体積%以下にすることが望ましい。系の酸素濃度を0.5体積%以下に低減すれば、銅の溶出をさらに阻害することができるからである。   Therefore, in the present invention, when the polyimide precursor is cured by heating, it is desirable that the oxygen concentration in the atmosphere be 0.5% by volume or less. This is because if the oxygen concentration in the system is reduced to 0.5% by volume or less, the elution of copper can be further inhibited.

つぎに、溶媒の存在による影響について考える。Cuとポリイミドワニスとの反応は、溶媒の存在によって促進される。これは、溶媒により銅イオンの分散が促進されることと、溶媒が存在する間は、系内の温度上昇が抑制されるためイミド化の進行が阻害されることとによる。   Next, the effect of the presence of the solvent will be considered. The reaction between Cu and the polyimide varnish is promoted by the presence of a solvent. This is because the dispersion of copper ions is promoted by the solvent, and the progress of imidization is hindered during the presence of the solvent because the rise in temperature in the system is suppressed.

しかし、ポリイミドワニスからの溶媒の蒸発は、雰囲気との接触面である膜表面で起こるため、Cu導体層とポリイミドワニスとの界面では、膜表面よりも長時間溶媒が残存することになる。従って、熱硬化時に溶媒をできるだけ早く気化させることが反応防止には有効であると考えられる。しかし、熱硬化温度を急激に上昇させて溶媒の蒸発時間を短くすることは、膜膨れなどの原因になり難しい。また、極端に熱硬化温度を高くすると、膜表面が急激に硬化してしまうため、かえって内部の溶媒の留去を阻害する結果ともなりかねない。従って、熱硬化温度を高くすることには、限界がある。   However, since the evaporation of the solvent from the polyimide varnish occurs on the film surface which is the contact surface with the atmosphere, the solvent remains at the interface between the Cu conductor layer and the polyimide varnish for a longer time than the film surface. Therefore, it is considered effective to vaporize the solvent as soon as possible during thermal curing to prevent the reaction. However, it is difficult to shorten the evaporation time of the solvent by rapidly increasing the thermosetting temperature because it causes film swelling and the like. If the heat curing temperature is extremely high, the film surface will be rapidly cured, which may hinder the distillation of the internal solvent. Therefore, there is a limit to increasing the thermosetting temperature.

そこで、本発明者らは、ポリイミドの形成膜厚に着目して、検討を行った。厚いポリイミド膜を得るためには、厚いポリイミドワニス膜を形成しなければならないため、膜内での溶媒の存在時間は長くなる。従って、ポリイミドの形成膜厚が大きいほどCuとポリイミドとの反応は生じ易くなり、ポリイミド膜中へのCuの拡散量が増えることになる。   Therefore, the inventors of the present invention have focused on the thickness of the polyimide film and have studied. Since a thick polyimide varnish film must be formed in order to obtain a thick polyimide film, the existence time of the solvent in the film becomes long. Therefore, as the formed film thickness of the polyimide is larger, the reaction between Cu and the polyimide is more likely to occur, and the diffusion amount of Cu into the polyimide film is increased.

発明者らの実験によれば、ポリイミドの形成膜厚を6.5μm以上にした場合に、Cu層との界面近傍のポリイミド層にCuが高濃度で存在する領域が形成されることが確認された。図9に、セラミック絶縁層と、銅層と、ポリイミド絶縁層とをこの順で積層した場合の、ポリイミド層におけるCu元素の拡散状況を、形成膜厚dに対して観察して得られたグラフである。なお、ポリイミド膜の形成は、銅層表面に、ピロメリット酸二無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルとを重合させて得られるポリアミド酸のワニスを塗布し、加熱してイミド化させて行った。   According to experiments performed by the inventors, it was confirmed that when the thickness of the formed polyimide film was set to 6.5 μm or more, a region where Cu was present at a high concentration was formed in the polyimide layer near the interface with the Cu layer. Was. FIG. 9 is a graph obtained by observing the diffusion state of Cu elements in the polyimide layer when the ceramic insulating layer, the copper layer, and the polyimide insulating layer are laminated in this order with respect to the formed film thickness d. It is. The polyimide film was formed by applying a varnish of a polyamic acid obtained by polymerizing pyromellitic dianhydride and 4,4′-diaminodiphenyl ether on the copper layer surface, followed by heating and imidization. Was.

図2(a)は、ポリイミド膜の膜厚が10μmのポリイミド層4中のCu元素濃度分布を示したもので、横軸が銅/ポリイミド界面からの距離、縦軸が銅濃度である。この図からわかるように、銅/ポリイミド界面からの距離が大きくなるにつれて、Cu元素濃度が減少し、銅/ポリイミド界面からの距離が小さいところにCu濃度の高い層(以下、高濃度層という)が存在している。   FIG. 2A shows the Cu element concentration distribution in the polyimide layer 4 having a polyimide film thickness of 10 μm. The horizontal axis represents the distance from the copper / polyimide interface, and the vertical axis represents the copper concentration. As can be seen from this figure, as the distance from the copper / polyimide interface increases, the Cu element concentration decreases, and a layer with a high Cu concentration (hereinafter, referred to as a high concentration layer) appears at a small distance from the copper / polyimide interface. Exists.

一方、図2(b)は、高濃度層の膜厚とポリイミド層4の形成膜厚との関係を示すグラフである。この図よりポリイミド層4の形成膜厚が6.5μmのところで高濃度層の膜厚が急激に増大し、それ以下では高濃度層がほとんど形成されていないことがわかる。これより、ポリイミド層4の形成膜厚を6.5μm以下に形成している本実施例においては、高濃度層がほとんど形成されていないことがわかる。   On the other hand, FIG. 2B is a graph showing the relationship between the thickness of the high concentration layer and the thickness of the polyimide layer 4. From this figure, it can be seen that when the thickness of the polyimide layer 4 is 6.5 μm, the thickness of the high-concentration layer increases rapidly, and below that, the high-concentration layer is hardly formed. From this, it can be seen that in the present example in which the formed film thickness of the polyimide layer 4 is set to 6.5 μm or less, the high concentration layer is hardly formed.

このCuが高濃度で存在する領域は、Cu導体パターン近傍のポリイミド膜の機械強度低下の原因であり、この高濃度層を無くすことが機械強度低下防止に必要となる。そのため、少なくとも、配線上に形成されるポリイミド膜の形成膜厚は、6.5μm以下にすることが望ましい。このようにすることにより、有機溶媒の気化時間の短縮を図ることができる。有機溶媒の存在時間が短かければ、ポリイミド膜中へのCu拡散を抑制して、Cuとの界面近傍へのCu高濃度層の形成を防止することができ、Cu拡散によるポリイミド膜の耐熱性および機械強度の低下を防止できる。   The region where Cu is present at a high concentration is a cause of a decrease in mechanical strength of the polyimide film in the vicinity of the Cu conductor pattern, and it is necessary to eliminate the high concentration layer to prevent the mechanical strength from decreasing. Therefore, it is desirable that at least the thickness of the polyimide film formed on the wiring be 6.5 μm or less. By doing so, the vaporization time of the organic solvent can be reduced. If the existence time of the organic solvent is short, the diffusion of Cu into the polyimide film can be suppressed, and the formation of a high-concentration layer of Cu in the vicinity of the interface with Cu can be prevented. And a decrease in mechanical strength can be prevented.

(2)配線構造体製造時のポリイミド膜に発生するクラックの防止
次に、クラックを防止する手段につき説明する。既に述べたように、配線構造体の製造において、ポリイミド膜にクラックを生ずる場合がある。例えば、図8(a)に示されるように、基板1に平行に形成された配線2を上層の配線と接続するためにヴィア配線3を形成し、図8(b)に示されるように絶縁膜としてポリイミド4を形成する。次いで図8(c)に示されるように絶縁膜平坦化のためにポリイミド4を研磨し、ヴィア配線3の頭出しを行なうとヴィア配線3の周囲にクラックを生じ、更にその上に配線を形成することを試みても、配線の断線をきたし不良となってしまう場合がある。クラックが発生する理由は、基板とポリイミド若しくは基板とメタルとの間にそれらの熱膨張係数差に基づく応力が発生するためである。
(2) Prevention of cracks generated in polyimide film during production of wiring structure Next, means for preventing cracks will be described. As described above, cracks may occur in the polyimide film in the production of the wiring structure. For example, as shown in FIG. 8A, a via wiring 3 is formed to connect a wiring 2 formed in parallel with the substrate 1 to a wiring in an upper layer, and is insulated as shown in FIG. 8B. Polyimide 4 is formed as a film. Next, as shown in FIG. 8 (c), the polyimide 4 is polished to flatten the insulating film, and when the via wiring 3 is caught, a crack is generated around the via wiring 3, and the wiring is further formed thereon. However, even if an attempt is made to do so, the wiring may be broken, resulting in a failure. The reason why cracks occur is that stress is generated between the substrate and the polyimide or between the substrate and the metal based on the difference in their thermal expansion coefficients.

このクラックの発生は、ポリイミド膜に働く膜応力を低減することで防止することができる。ここで、膜応力を低減することによりクラックの発生を防止できる理由を、図8を用いて考察する。   This crack can be prevented by reducing the film stress acting on the polyimide film. Here, the reason why the occurrence of cracks can be prevented by reducing the film stress will be considered with reference to FIG.

図8(c)に示されるような、ヴィア配線3の上面が露出した平坦な絶縁膜4を得るために、ポリイミド膜4を研磨すると、ヴィア配線3の周囲にクラックを生ずる場合がある。これは、基板1とポリイミド3との間に、それらの熱膨張係数差に基づく応力が発生するためである。この応力は、ポリイミド膜4を研磨する前(図8(b)に図示)には、ヴィア配線3上のポリイミド4aがつなぎとなっているため問題にならない。しかし、研磨後には、このつなぎが無くなるため、ヴィア配線の周囲では膜応力がポリイミドを引き裂く力となって働く。クラックは、この力により発生するものと考えられる。このポリイミド膜4を引き裂く力は、ヴィア配線の形を角形状から丸い形状にしても防ぎきれるものではなく、膜応力自体を低減しない限り根本的な解決は困難であるものと考えられる。   When the polyimide film 4 is polished to obtain a flat insulating film 4 in which the upper surface of the via wiring 3 is exposed as shown in FIG. 8C, cracks may be generated around the via wiring 3. This is because a stress is generated between the substrate 1 and the polyimide 3 based on the difference between their thermal expansion coefficients. This stress is not a problem before the polyimide film 4 is polished (shown in FIG. 8B) because the polyimide 4a on the via wiring 3 is connected. However, this connection is lost after polishing, so that the film stress acts as a force to tear the polyimide around the via wiring. Cracks are considered to be generated by this force. This force to tear the polyimide film 4 cannot be prevented even if the via wiring is changed from a square shape to a round shape, and it is considered that a fundamental solution is difficult unless the film stress itself is reduced.

そこで、本発明では、膜応力を低減するために、絶縁層を、上記の銅との反応性の乏しいポリイミドからなる第1の絶縁膜と、低熱膨張性のポリイミドからなる第2の絶縁膜との、少なくとも2層にすることが望ましい。配線層上に第1の絶縁膜を形成し、さらに第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成して、全体として一のポリイミド絶縁層とすることにより、本発明では、配線上に直接形成される部分のポリイミド層にかかる熱応力を低減することができる。これにより、研磨後のクラックの発生が抑制される。   Therefore, in the present invention, in order to reduce the film stress, the insulating layer is formed of a first insulating film made of polyimide having low reactivity with copper and a second insulating film made of polyimide having low thermal expansion. It is desirable to have at least two layers. By forming a first insulating film on the wiring layer and further forming a second insulating film on the first insulating film to form one polyimide insulating layer as a whole, in the present invention, It is possible to reduce the thermal stress applied to the directly formed portion of the polyimide layer. Thereby, generation of cracks after polishing is suppressed.

このポリイミド膜に働く応力を低減するために、本発明では、低熱膨張性ポリイミドを用いる。その結果、応力を低減でき、クラックを防止することができる。その際の応力は絶縁膜全体として35MPa(メガパスカル)以下とすることが望ましい。この低応力達成のために、前述の低熱膨張性ポリイミドの膜厚の絶縁膜全体に占める割合が50%以上である必要がある。これは、非低熱膨張性ポリイミドの膜応力が45MPa程度である一方で、低熱膨張性ポリイミドの膜応力は25MPa以下となるものが多く、しかもそれらを積層した複合膜の膜応力にはほぼ加成性が成り立つためである。   In order to reduce the stress acting on the polyimide film, a low thermal expansion polyimide is used in the present invention. As a result, stress can be reduced and cracks can be prevented. The stress at that time is desirably 35 MPa (megapascal) or less for the entire insulating film. In order to achieve this low stress, it is necessary that the ratio of the film thickness of the low thermal expansion polyimide to the entire insulating film is 50% or more. This is because while the film stress of the non-low thermal expansion polyimide is about 45 MPa, the film stress of the low thermal expansion polyimide is often 25 MPa or less, and it is almost additive to the film stress of the composite film obtained by laminating them. This is because sex is established.

以上に説明したように、絶縁層の形成においてCu表面に直接接触するポリイミド前駆体として、本発明の第1の態様ではCuとの反応性が低いポリイミド前駆体を用い、本発明の第2の態様では塩基性化合物を含むポリイミド前駆体組成物を用いるため、いずれの態様でも、ポリイミド前駆体の加熱硬化に際してCuの溶出が抑制される。従って、ポリイミドが劣化することなく、ポリイミドの熱的、電気的、機械的特性に優れ、Cuとポリイミドの界面接着性に優れる。   As described above, in the first embodiment of the present invention, a polyimide precursor having low reactivity with Cu is used as the polyimide precursor that directly contacts the Cu surface in forming the insulating layer, and the second embodiment of the present invention is used. In each of the embodiments, the polyimide precursor composition containing a basic compound is used. Therefore, in any of the embodiments, the elution of Cu is suppressed when the polyimide precursor is cured by heating. Therefore, the polyimide is excellent in thermal, electrical, and mechanical properties without deterioration of the polyimide, and excellent in the interfacial adhesion between Cu and the polyimide.

さらに、本発明では、ヴィア配線を形成する際には低熱膨張性のポリイミドによる絶縁層を形成することで低応力化を図る。これにより、ポリイミド膜にクラックを発生しない、配線基板全体として高信頼性である多層配線構造体とその低コストな製造法を提供できる。   Further, in the present invention, when forming the via wiring, the stress is reduced by forming an insulating layer of polyimide having a low thermal expansion. Accordingly, it is possible to provide a multilayer wiring structure which does not cause cracks in the polyimide film and has high reliability as a whole wiring substrate and a low-cost manufacturing method thereof.

作用Action

つぎに、本発明のうち、銅とポリイミド前駆体との反応の抑止法につき詳細に説明する。本発明では、配線層と絶縁層とを有する配線構造体において、上記配線層の配線は、少なくとも一部が銅からなり、絶縁層は、下記一般式(化1)で表される繰返し単位を有するポリイミドからなることを特徴とする配線構造体が提供される。   Next, the method for suppressing the reaction between copper and the polyimide precursor in the present invention will be described in detail. In the present invention, in a wiring structure having a wiring layer and an insulating layer, at least a part of the wiring of the wiring layer is made of copper, and the insulating layer has a repeating unit represented by the following general formula (Formula 1). A wiring structure comprising a polyimide having the same is provided.

Figure 2004247744
Figure 2004247744

ここで、R1は、(化2) Here, R1 is

Figure 2004247744
Figure 2004247744




































のうちから選ばれる少なくとも一種の4価の有機基であり、R2は芳香環を含む
2価の有機基である。このポリイミドの前駆体であるポリアミド酸は酸性度が低いため、このポリイミドの前駆体を用いれば、銅の溶出を抑制することができる。また、R2は芳香環を含む2価の有機基であり、下記(化3)












































And R2 is a divalent organic group containing an aromatic ring. Since the polyamic acid, which is a precursor of this polyimide, has a low acidity, elution of copper can be suppressed by using the precursor of this polyimide. R2 is a divalent organic group containing an aromatic ring,












































Figure 2004247744
Figure 2004247744

から選ばれる少なくとも一種を用いることが好ましい。R2は一般式(化1)の
ポリイミドの前駆体の酸性度にほとんど影響を与えないため、ポリイミド前駆体の熱硬化物であるポリイミドに良好な熱特性や機械特性を与える基を任意に用いることができる。本発明で用いられるポリアミド酸およびポリイミドの重量平均分子量は、機械特性の観点から、2万以上であることが望ましく、通常、2万〜10万程度である。
It is preferable to use at least one selected from Since R2 hardly affects the acidity of the polyimide precursor of the general formula (Chemical Formula 1), a group that gives good thermal and mechanical properties to the polyimide which is a thermosetting product of the polyimide precursor may be arbitrarily used. Can be. The weight average molecular weight of the polyamic acid and the polyimide used in the present invention is preferably 20,000 or more from the viewpoint of mechanical properties, and is usually about 20,000 to 100,000.

なお、ポリイミド前駆体組成物に塩基性化合物を含めることにより、銅の溶出を抑制することもできる。これは、この塩基性化合物がポリイミド前駆体のカルボキシル基を中和するために、系全体の酸性度が低下し、結果として銅との反応を抑止するからである。また、該塩基性化合物の量はポリイミド前駆体のカルボキシル基を実質的に中和できる量以上とすることが望ましいが、ポリイミド前駆体の溶液の安定性が大きくは損なわれない程度に更に多めに添加してもよい。多めに添加された分は、系全体の酸性度を更に低下させる方向に働き、一層銅との反応を抑止する効果が増す。   The elution of copper can also be suppressed by including a basic compound in the polyimide precursor composition. This is because the basic compound neutralizes the carboxyl group of the polyimide precursor, thereby lowering the acidity of the entire system and, as a result, inhibiting the reaction with copper. In addition, the amount of the basic compound is desirably not less than an amount capable of substantially neutralizing the carboxyl group of the polyimide precursor, but is further increased to such an extent that the stability of the solution of the polyimide precursor is not significantly impaired. It may be added. An excessively added amount acts to further reduce the acidity of the entire system, and the effect of further suppressing the reaction with copper increases.

この塩基化合物としては、ポリイミド前駆体のカルボキシル基を中和し、かつポリイミド前駆体の安定性を大きく損なわず、ポリイミド前駆体を熱硬化しポリイミドとした際にポリイミドの機械特性や電気的特性を大きく損なうものでなければ如何なるものでも使用することができる。なお、塩基性化合物としては、下記(化4)から選ばれる少なくとも一種のアミン化合物であることが好ましい。


































As this base compound, neutralizes the carboxyl group of the polyimide precursor, and does not significantly impair the stability of the polyimide precursor. Anything that does not significantly impair can be used. The basic compound is preferably at least one amine compound selected from the following (Chem. 4).


































Figure 2004247744
Figure 2004247744






特に該塩基性化合物が上記(化4)のアミン化合物の場合には、ポリイミド前駆体から加熱によりポリイミドを形成する際、最終的には殆どが蒸発、分解、散逸しポリイミド中に殆ど残留しないために、過剰の添加は問題無く行なうことができる。したがって、この塩基化合物の量は、ポリイミド前駆体1当量に対して、1当量以上であることが望ましい。なお、ポリイミドの当量は、カルボキシル基1つあたりを1価として計算して求められる量であり、塩基化合物の当量は、酸との酸塩基相互作用を考えたとき、反応点となる部位1つを一価として計算して求められる量である。   In particular, when the basic compound is the amine compound of the above formula (4), when the polyimide is formed from the polyimide precursor by heating, finally, most of the compound is evaporated, decomposed, dissipated, and hardly remains in the polyimide. In addition, excessive addition can be performed without any problem. Therefore, the amount of the basic compound is desirably 1 equivalent or more per equivalent of the polyimide precursor. The equivalent of the polyimide is an amount obtained by calculating one valence per carboxyl group, and the equivalent of the basic compound is one equivalent to a reaction site when acid-base interaction with an acid is considered. Is calculated as a single value.

なお、絶縁膜の形成に、上述の一般式(化1)で表されるポリイミドの前駆体と、上述の塩基性化合物とを含むポリイミド前駆体組成物を用いれば、それ自体酸性度の低いポリアミド酸のカルボキシル基をさらに中和することで、系全体の酸性度をさらに低下させることができ、銅の溶出抑制のために特に有効である。   In addition, if a polyimide precursor composition containing the polyimide precursor represented by the above-mentioned general formula (Formula 1) and the above-mentioned basic compound is used for forming the insulating film, the polyamide itself has a low acidity. By further neutralizing the carboxyl group of the acid, the acidity of the entire system can be further reduced, which is particularly effective for suppressing the elution of copper.

また、ポリイミド膜の機械強度は、絶縁膜の持っている膜応力が低いほど高くなるため、ポリイミドとCuの反応を防止すると同時に、ポリイミド絶縁膜全体の膜応力を下げることがポリイミド膜の機械強度低下の抑制には有効である。そこで、本発明では、配線層と絶縁層とを有する配線構造体において、該配線層の配線は、少なくとも一部が銅からなり、絶縁層は、配線層上に形成される第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に形成される第2の絶縁膜とを、少なくとも備え、第1の絶縁膜は、上述のポリイミド前駆体組成物(一般式(化1)で表されるポリイミドの前駆体、および/または、塩基性化合物を含む)から得られる第1のポリイミドからなり、第2の絶縁膜は、上記第1のポリイミドより熱膨張係数の小さい第2のポリイミドからなることを特徴とする配線構造体が提供される。前記第1の絶縁膜の厚さは、前記第2の絶縁膜より薄いことが望ましい。このように、絶縁層を、熱膨張性の低いポリイミドからなる絶縁膜を含む複合層とすることにより、絶縁層全体の膜応力を低減することができる。























In addition, the mechanical strength of the polyimide film increases as the film stress of the insulating film decreases, so that the reaction between the polyimide and Cu is prevented, and at the same time, the mechanical strength of the polyimide film is reduced by reducing the film stress of the entire polyimide insulating film. It is effective in suppressing the decrease. Therefore, in the present invention, in a wiring structure having a wiring layer and an insulating layer, at least a part of the wiring of the wiring layer is made of copper, and the insulating layer is a first insulating film formed on the wiring layer. And a second insulating film formed on the first insulating film, wherein the first insulating film is formed of the polyimide precursor composition (polyimide represented by the general formula (Formula 1)) And / or a basic compound), and the second insulating film is made of a second polyimide having a smaller coefficient of thermal expansion than the first polyimide. A featured wiring structure is provided. It is preferable that the thickness of the first insulating film is thinner than the thickness of the second insulating film. As described above, by forming the insulating layer as a composite layer including an insulating film made of polyimide having low thermal expansion, the film stress of the entire insulating layer can be reduced.























なお、第1のポリイミドとしては、上述の一般式(化1)で表される繰返し単位を有するポリイミドを用いることが望ましく、第1の絶縁膜の厚さは、6.5μm以下にすることが望ましい。また、第2の絶縁膜の厚さは、第1の絶縁膜より厚いことが望ましく、6.5μm以上20μm以下であることがさらに望ましい。   Note that it is preferable to use a polyimide having a repeating unit represented by the above general formula (Formula 1) as the first polyimide, and the thickness of the first insulating film is to be 6.5 μm or less. desirable. Further, the thickness of the second insulating film is desirably thicker than the first insulating film, and more desirably from 6.5 μm to 20 μm.

なお、第2の絶縁膜に用いられる低応力達成のための低熱膨張性ポリイミドとしては、その上層に形成される金属層やポリイミドとの接着性が良好であるものが望ましい。   Note that, as the low thermal expansion polyimide used for the second insulating film to achieve low stress, a polyimide having good adhesion to a metal layer or polyimide formed thereover is desirable.

例えば、第2のポリイミドの第1の例としては、下記一般式(化5)で表される繰返し単位と、(化6)で表される繰り返し単位とを有し、一分子中に含まれる、一般式(化5)で表わされる繰返し単位の数と一般式(化6)で表される繰り返し単位の数との合計を100としたときの、一般式(化5)で表される繰り返し単位の数は95未満であり、一般式(化6)で表される繰り返し単位の数は5以上であるポリイミドが挙げられる。   For example, a first example of the second polyimide has a repeating unit represented by the following general formula (Formula 5) and a repeating unit represented by the following (Formula 6) and is included in one molecule. When the sum of the number of repeating units represented by the general formula (Formula 5) and the number of repeating units represented by the general formula (Formula 6) is set to 100, the repetition represented by the general formula (Formula 5) A polyimide in which the number of units is less than 95 and the number of repeating units represented by the general formula (Formula 6) is 5 or more is given.

Figure 2004247744
Figure 2004247744

Figure 2004247744
Figure 2004247744

(式中、R3は下記(化7) (Wherein, R3 is the following (Chemical Formula 7)

Figure 2004247744
Figure 2004247744

から選ばれる少なくとも一種の4価の有機基であり、R4は下記(化8) And at least one tetravalent organic group selected from the group consisting of

Figure 2004247744
Figure 2004247744

から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基であり、R5は下記(化9)




































And at least one divalent organic group selected from the group consisting of




































Figure 2004247744
Figure 2004247744

から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基である。)
このポリイミドは、このポリイミドの前駆体を加熱硬化させて得られる。このポリイミドの前駆体のうちのポリアミド酸は、下記一般式(化18)で表される繰返し単位と、(化19)で表される繰り返し単位とを有し、一分子中に含まれる、一般式(化18)で表わされる繰返し単位の数と一般式(化19)で表される繰り返し単位の数との合計を100としたときの、一般式(化18)で表される繰り返し単位の数は95未満であり、一般式(化19)で表される繰り返し単位の数は5以上であるポリアミド酸である。
At least one divalent organic group selected from )
This polyimide is obtained by heating and curing a precursor of this polyimide. The polyamic acid of this polyimide precursor has a repeating unit represented by the following general formula (Chemical Formula 18) and a repeating unit represented by the following (Chemical Formula 19), and is contained in one molecule. When the sum of the number of repeating units represented by Formula (Formula 18) and the number of repeating units represented by Formula (Formula 19) is 100, the number of repeating units represented by Formula (Formula 18) The polyamic acid has a number of less than 95 and the number of repeating units represented by the general formula (Formula 19) is 5 or more.

Figure 2004247744
Figure 2004247744













Figure 2004247744
Figure 2004247744

また、下記一般式(化20)の酸二無水物と、2種類のジアミンからなるジアミン混合物とを混合し、加熱硬化させることにより、上記ポリアミド酸が得られ、さらに加熱硬化させれば、上記(化5)および(化6)で表されるポリイミドが得られる。ここで、ジアミン混合物は、95%(モル比)未満の下記一般式(化21)のジアミンと、5%(モル比)以上の下記一般式(化22)のジアミンとの混合物である。なお、(化18)〜(化22)におけるR3〜R5は、上述の一般式(化5)および(化6)と同様である。   Further, the polyamic acid is obtained by mixing an acid dianhydride of the following general formula (Chemical Formula 20) and a diamine mixture composed of two kinds of diamines and curing by heating. The polyimides represented by (Chem. 5) and (Chem. 6) are obtained. Here, the diamine mixture is a mixture of less than 95% (molar ratio) of a diamine of the following general formula (Formula 21) and 5% or more (molar ratio) of a diamine of the following general formula (Formula 22). In addition, R3 to R5 in (Chem. 18) to (Chem. 22) are the same as those in the above-described general formulas (Chem. 5) and (Chem. 6).

Figure 2004247744
Figure 2004247744

Figure 2004247744
Figure 2004247744













Figure 2004247744
Figure 2004247744

第2のポリイミドの第2の例としては、下記一般式(化10)で表される繰返し単位と、(化11)で表される繰り返し単位とを有し、一分子中に含まれる、一般式(化10)で表わされる繰返し単位の数と一般式(化11)で表される繰り返し単位の数との合計を100としたときの、一般式(化10)で表される繰り返し単位の数は85〜50であり、一般式(化11)で表される繰り返し単位の数は50〜15である第2のポリイミドが挙げられる。   A second example of the second polyimide includes a repeating unit represented by the following general formula (Chemical Formula 10) and a repeating unit represented by the following (Chemical Formula 11) and contained in one molecule. When the sum of the number of repeating units represented by the formula (Formula 10) and the number of repeating units represented by the formula (Formula 11) is 100, the number of repeating units represented by the formula (Formula 10) The second polyimide has a number of 85 to 50, and the number of repeating units represented by the general formula (Formula 11) is 50 to 15.

Figure 2004247744
Figure 2004247744

Figure 2004247744
Figure 2004247744

(式中、R3は下記(化7)















(Wherein, R3 is the following (Chemical Formula 7)















Figure 2004247744
Figure 2004247744

から選ばれる少なくとも一種の4価の有機基であり、R6は下記(化12) Wherein R6 is at least one tetravalent organic group selected from

Figure 2004247744
Figure 2004247744

から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基であり、R7は下記(化13)










Wherein R7 is at least one divalent organic group selected from










Figure 2004247744
Figure 2004247744

から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基である。)
このポリイミドは、このポリイミドの前駆体を加熱硬化させて得られる。このポリイミドの前駆体のうちのポリアミド酸は、下記一般式(化23)で表される繰返し単位と、(化24)で表される繰り返し単位とを有し、一分子中に含まれる、一般式(化23)で表わされる繰返し単位の数と一般式(化24)で表される繰り返し単位の数との合計を100としたときの、一般式(化23)で表される繰り返し単位の数は95未満であり、一般式(化24)で表される繰り返し単位の数は5以上であるポリアミド酸である。
















At least one divalent organic group selected from )
This polyimide is obtained by heating and curing a precursor of this polyimide. The polyamic acid of the polyimide precursor has a repeating unit represented by the following general formula (Formula 23) and a repeating unit represented by the following (Formula 24), and is contained in one molecule. When the sum of the number of repeating units represented by Formula (Formula 23) and the number of repeating units represented by Formula (Formula 24) is 100, the number of repeating units represented by Formula (Formula 23) The polyamic acid has a number of less than 95 and the number of repeating units represented by the general formula (Formula 24) is 5 or more.
















Figure 2004247744
Figure 2004247744

Figure 2004247744
Figure 2004247744

また、上記一般式(化20)の酸二無水物と、2種類のジアミンからなるジアミン混合物とを混合し、加熱硬化させることにより、上記ポリアミド酸が得られ、さらに加熱硬化させれば、上記(化10)および(化11)で表されるポリイミドが得られる。ここで、ジアミン混合物は、95%(モル比)未満の下記一般式(化25)のジアミンと、5%(モル比)以上の下記一般式(化26)のジアミンとの混合物である。なお、(化20)におけるR3と、(化25)および(
化26)におけるR6およびR7は、いずれも、上述の一般式(化10)および(化11)と同様である。
Further, the polyamic acid is obtained by mixing an acid dianhydride of the above general formula (Chemical Formula 20) and a diamine mixture composed of two kinds of diamines and curing by heating. Polyimides represented by (Chem. 10) and (Chem. 11) are obtained. Here, the diamine mixture is a mixture of less than 95% (molar ratio) of a diamine of the following general formula (Chemical Formula 25) and more than 5% (molar ratio) of a diamine of the following general formula (Chemical Formula 26). Incidentally, R3 in (Chemical Formula 20), (Chemical Formula 25) and (
R6 and R7 in Chemical formula 26) are the same as those in the above general formulas (chemical formula 10) and (chemical formula 11).

Figure 2004247744
Figure 2004247744















Figure 2004247744
Figure 2004247744

上記2例の低熱膨張性ポリイミドのうち、第1の例では、芳香環にメチル基を有する有機基成分をポリイミド分子鎖中に導入することにより上層金属や上層に形成されるポリイミドとの接着を確保する。これは、芳香環にメチル基を有する有機基が、酸素によるアッシングやアルゴンイオンを用いたスパッタリング等の処理により極めて活性な表面状態を作り出すことができるためであり、その結果として上述の接着を確保することができる。その割合はモル比で5%以上必要であり、充分な効果を達成できる。また、第2の例では、エ−テル結合を有する有機基成分をポリイミド分子鎖中に導入することにより上層に形成される金属やポリイミドとの接着を確保する。エ−テル結合を有する有機基成分は本来上層金属や上層に形成されるポリイミドとの接着性に優れているが、反面ポリイミドが低熱膨張性となるための阻害要因となる。そのため、上述に記載のようにある割合に限定された範囲で低応力と上述の高接着性が達成できる。   Of the above two examples of low thermal expansion polyimides, in the first example, an organic group component having a methyl group in an aromatic ring is introduced into a polyimide molecular chain to bond to an upper layer metal or a polyimide formed in an upper layer. Secure. This is because the organic group having a methyl group in the aromatic ring can create an extremely active surface state by a treatment such as ashing with oxygen or sputtering using argon ions, and as a result, the above-mentioned adhesion is secured. can do. The ratio is required to be 5% or more in molar ratio, and a sufficient effect can be achieved. In the second example, an organic group component having an ether bond is introduced into a polyimide molecular chain to secure adhesion to a metal or polyimide formed on an upper layer. The organic group component having an ether bond is originally excellent in adhesion to the upper metal layer and the polyimide formed in the upper layer, but on the other hand, it becomes a hindrance factor for the polyimide to have low thermal expansion. Therefore, low stress and high adhesiveness described above can be achieved in a range limited to a certain ratio as described above.

前述の全てのポリイミド前駆体は、必要なテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを極性有機溶剤中で撹拌し、重合反応させポリイミド前駆体(ポリアミド酸)を生成することで容易に得ることができる。ここで、酸二無水物とジアミンの量は、化学量論的にほぼ同等であることが望ましい。   All the above-mentioned polyimide precursors can be easily obtained by stirring a necessary tetracarboxylic dianhydride component and a diamine component in a polar organic solvent to cause a polymerization reaction to generate a polyimide precursor (polyamic acid). Can be. Here, it is desirable that the amounts of the acid dianhydride and the diamine are almost stoichiometrically equivalent.

また使用できる極性有機溶剤としては、例えば、1−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミド、テトラメチレンスルホン、p−クロロフェノ−ル、p−ブロモフェノ−ル等があげられ、これらの少なくとも1種以上を用いることができるが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、ポリイミド前駆体が溶解するものであれば、何れのものでも使用可能である。   Examples of usable polar organic solvents include 1-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, hexamethylphosphoramide, tetramethylenesulfone, p-chloropheno- , P-bromophenol and the like, and at least one or more of these can be used, but are not necessarily limited to these, and any one may be used as long as the polyimide precursor is dissolved. Can be used.

さらに、塩基性化合物を含んだポリイミド前駆体組成物を得るには、該ポリイミド前駆体を上記方法により合成後、得られた反応溶液に塩基性化合物を添加し、撹拌すればよい。   Furthermore, in order to obtain a polyimide precursor composition containing a basic compound, after synthesizing the polyimide precursor by the above method, a basic compound may be added to the obtained reaction solution and stirred.

本発明では、配線構造体の製造方法も提供される。ここで、配線構造体とは、配線と絶縁層とを有する電子装置をいい、半導体集積回路素子、配線基板、サーマルヘッド、磁気ヘッド等が含まれる。ここでは、例として、薄膜・厚膜複合多層配線基板の製造方法を説明する。   The present invention also provides a method for manufacturing a wiring structure. Here, the wiring structure refers to an electronic device having a wiring and an insulating layer, and includes a semiconductor integrated circuit element, a wiring substrate, a thermal head, a magnetic head, and the like. Here, as an example, a method of manufacturing a thin film / thick film composite multilayer wiring board will be described.

まず、配線を有するセラミック基板表面に、導体パターンを形成して、配線層とする。導体パターンの形成には、フォトリソグラフィ法や、アディティブ法など、周知の方法を用いることができる。なお、銅配線層は、その上層および下層の少なくともいずれか一方に、Cr、Ti、Ta、W、Nb、およびTiWのうちから選ばれた材料よりなる導体層を備えることが望ましい。   First, a conductor pattern is formed on the surface of a ceramic substrate having a wiring to form a wiring layer. A well-known method such as a photolithography method or an additive method can be used for forming the conductor pattern. It is preferable that the copper wiring layer includes a conductor layer made of a material selected from Cr, Ti, Ta, W, Nb, and TiW on at least one of the upper layer and the lower layer.

つぎに、この配線層表面に、ポリイミド前駆体組成物の膜を形成する。成膜方法は、スピンコートなど、周知の方法を用いることができる。このポリイミド前駆体組成物の膜を、加熱することにより硬化させることにより、ポリイミドからなる絶縁膜が得られる。なお、ポリイミド前駆体組成物は、上述の一般式(化1)で表されるポリイミドの前駆体と、塩基性化合物との、少なくともいずれかを含むことが望ましい。また、溶媒の存在時間を短くするために、ポリイミド前駆体組成物の膜厚は、加熱硬化させて得られる絶縁膜の膜厚が6.5μm以下になるような膜厚にすることが望ましい。   Next, a film of the polyimide precursor composition is formed on the surface of the wiring layer. As a film forming method, a known method such as spin coating can be used. The insulating film made of polyimide is obtained by curing the film of the polyimide precursor composition by heating. The polyimide precursor composition desirably contains at least one of the polyimide precursor represented by the above general formula (Formula 1) and a basic compound. Further, in order to shorten the existence time of the solvent, the thickness of the polyimide precursor composition is desirably set to a thickness such that the thickness of the insulating film obtained by heating and curing becomes 6.5 μm or less.

このポリイミド前駆体組成物の膜を加熱硬化させると、ポリイミドからなる絶縁膜が得られる。このポリイミド前駆体の加熱硬化の工程においては、雰囲気中の酸素濃度を0.5v/v%以下にすることが望ましく、酸素がない雰囲気で行うことがさらに望ましい。なお、このようにして得られた絶縁膜表面に、さらに、低熱膨張性のポリイミドからなる膜を形成し、絶縁膜を複合膜にする工程を設けてもよい。   When the polyimide precursor composition film is cured by heating, an insulating film made of polyimide is obtained. In the step of heating and curing the polyimide precursor, the oxygen concentration in the atmosphere is desirably 0.5 v / v% or less, and more desirably in an oxygen-free atmosphere. Note that a step of forming a film made of polyimide having low thermal expansion on the surface of the insulating film obtained in this manner to make the insulating film a composite film may be provided.

また、絶縁膜表面に導体配線を形成する工程と、該導体配線上に絶縁膜をさらに形成する工程とをこの順で繰り返せば、複数の配線層を備える多層配線基板を得ることができる。   Further, by repeating the step of forming the conductor wiring on the surface of the insulating film and the step of further forming the insulating film on the conductor wiring in this order, a multilayer wiring board having a plurality of wiring layers can be obtained.

つぎに、基本的な製造工程例を説明する。薄膜配線基板の基本的な構造を、図10に示す。薄膜配線基板の基本的な製造工程例としては、
(a) 図10(a)に示すように、Cu導体からなる配線層102上にポリイミドからなる絶縁層104を形成する場合、
(b) 図10(b)に示すように、Cu導体からなる配線層102およびビア106上に、ポリイミドからなる絶縁層104を形成する場合、および、
(c) 図10(c)に示すように、絶縁層107中のスルーホール100上に存在するCu導体からなる配線層103上にポリイミドからなる絶縁層104を形成する場合、
などが挙げられる。
Next, an example of a basic manufacturing process will be described. FIG. 10 shows the basic structure of a thin film wiring board. As an example of the basic manufacturing process of a thin film wiring board,
(A) When an insulating layer 104 made of polyimide is formed on a wiring layer 102 made of a Cu conductor as shown in FIG.
(B) As shown in FIG. 10 (b), when an insulating layer 104 made of polyimide is formed on the wiring layer 102 made of Cu conductor and the via 106, and
(C) As shown in FIG. 10C, when the insulating layer 104 made of polyimide is formed on the wiring layer 103 made of a Cu conductor existing on the through hole 100 in the insulating layer 107,
And the like.

最初に図10(a)に示した構造の製造工程について説明する。絶縁層101上に、通常のスパッタリング法を用いてCu膜を成膜し、このCu膜を、周知のフォトエッチング法を用いて所定のパターン形状に加工して、Cuからなる配線層102を形成する。得られた配線層102上に、ポリイミド前駆体組成物をスピンコート等により成膜し、加熱硬化させてポリイミド層104を形成する。以上により、図10(a)に示した構造の配線基板が得られる。   First, the manufacturing process of the structure shown in FIG. A Cu film is formed on the insulating layer 101 using a normal sputtering method, and the Cu film is processed into a predetermined pattern shape using a known photo-etching method to form a wiring layer 102 made of Cu. I do. A polyimide precursor composition is formed on the obtained wiring layer 102 by spin coating or the like, and is cured by heating to form a polyimide layer 104. Thus, the wiring board having the structure shown in FIG. 10A is obtained.

次に、図10(b)に示した構造の製造工程について説明する。絶縁層101上に、通常のスパッタリング法を用いてCu膜を成膜する。このCu膜表面に、周知のプロセスによりめっき用のレジストパターンを形成し、めっき法によりCu導体からなるビア配線106を形成する。つぎに、めっき用レジストを除去した後に周知のフォトエッチング法によりビアパッド105と配線102aと有する配線層102を形成する。ついで、配線層102上にポリイミド前駆体組成物をスピンコート等により成膜し、加熱硬化させてポリイミド層4を形成する。以上により、図10(b)に示した構造の配線基板が得られる。   Next, a manufacturing process of the structure shown in FIG. On the insulating layer 101, a Cu film is formed by a normal sputtering method. A resist pattern for plating is formed on the surface of the Cu film by a known process, and a via wiring 106 made of a Cu conductor is formed by a plating method. Next, after removing the plating resist, the wiring layer 102 having the via pad 105 and the wiring 102a is formed by a known photoetching method. Next, a polyimide precursor composition is formed on the wiring layer 102 by spin coating or the like, and is cured by heating to form the polyimide layer 4. Thus, a wiring board having the structure shown in FIG. 10B is obtained.

次に、図10(c)に示した構造の製造工程について説明する。絶縁層101上に、通常のスパッタリング法を用いてCu膜を成膜し、周知のフォトエッチング法を用いて所定のパターン形状に加工し、Cuからなる配線層2を形成する。ついで、感光性ポリイミド前駆体組成物を用い、周知のフォトリソグラフィー法によってスルーホール100を設けた絶縁層107を形成する。つぎに、通常のスパッタリング法を用いてCu膜を成膜し、周知のフォトエッチング法を用いて所定のパターン形状に加工し、Cu導体からなる配線層103を形成する。最後に、配線層103上にポリイミド前駆体組成物をスピンコート等により成膜し、加熱硬化させてポリイミド層4を形成する。以上により、図10(c)に示す構造を有する配線基板が得られる。   Next, a manufacturing process of the structure shown in FIG. A Cu film is formed on the insulating layer 101 using a normal sputtering method, and is processed into a predetermined pattern shape using a known photoetching method to form a wiring layer 2 made of Cu. Next, using a photosensitive polyimide precursor composition, an insulating layer 107 provided with a through hole 100 is formed by a well-known photolithography method. Next, a Cu film is formed using a normal sputtering method, and is processed into a predetermined pattern shape using a known photoetching method to form a wiring layer 103 made of a Cu conductor. Finally, a polyimide precursor composition is formed on the wiring layer 103 by spin coating or the like, and is cured by heating to form the polyimide layer 4. Thus, a wiring board having the structure shown in FIG. 10C is obtained.

上述の(a)〜(c)のいずれの場合も、導体(配線層102,103およびビア配線106)上にポリイミド層4を形成する場合、ポリイミド層104の形成には、ポリイミド前駆体を含むポリイミド前駆体組成物を用いるが、このポリイミド前駆体として、上述の一般式(化1)で表されるポリイミドの前駆体を用いるか、あるいは、組成物中に塩基性化合物をさらに含むようにする。   In any of the cases (a) to (c) described above, when the polyimide layer 4 is formed on the conductor (the wiring layers 102 and 103 and the via wiring 106), the formation of the polyimide layer 104 includes a polyimide precursor. A polyimide precursor composition is used. As the polyimide precursor, a polyimide precursor represented by the above general formula (Formula 1) is used, or a basic compound is further included in the composition. .

なお、上述の(a)〜(c)の各場合とも、ポリイミド層104の形成膜厚dは、6.5μm以下にすることが望ましい。しかし、(b)および(c)の場合、ポリイミド層4が最も厚くなるところは、Cu導体パターンのパターンエッジ部である。そこで、該パターンエッジ部の膜厚d´をも6.5μm以下に形成することが望ましい。しかし、通常は、平坦部の膜厚dとパターンエッジ部の膜厚d´との差は小さいので、平坦部の膜厚dを6.5μm以下にすれば、十分な効果が得られる。   In each of the cases (a) to (c) described above, it is desirable that the film thickness d of the polyimide layer 104 be 6.5 μm or less. However, in the cases of (b) and (c), the thickest part of the polyimide layer 4 is the pattern edge of the Cu conductor pattern. Therefore, it is desirable that the thickness d 'of the pattern edge portion is also set to 6.5 μm or less. However, since the difference between the thickness d of the flat portion and the thickness d ′ of the pattern edge portion is usually small, a sufficient effect can be obtained by setting the thickness d of the flat portion to 6.5 μm or less.

絶縁層104の形成膜厚dは、6.5μm以下にすることが望ましい。しかし、絶縁層104の形成膜厚dを6.5μmより厚くする必要がある場合には、絶縁層104を2層以上の多層構造とすればよい。すなわち、配線上に直接形成される層の形成膜厚dを6.5μm以下にし、この層の表面に、さらに絶縁層を形成すれば、絶縁層104全体の厚さを、6.5μmより厚くしても、十分な効果が得られる。   The film thickness d of the insulating layer 104 is desirably set to 6.5 μm or less. However, when the film thickness d of the insulating layer 104 needs to be larger than 6.5 μm, the insulating layer 104 may have a multilayer structure of two or more layers. That is, if the thickness d of the layer directly formed on the wiring is set to 6.5 μm or less and an insulating layer is further formed on the surface of this layer, the entire thickness of the insulating layer 104 is made larger than 6.5 μm. Even so, a sufficient effect can be obtained.

なお、上述の(a)〜(c)のいずれの場合も、絶縁層101は、高分子材料およびセラミック材料のいずれの材料からなるものであってもよい。また、Cu導体からなる配線層102は、上述のようなフォトリソグラフィの手法によらずに、印刷や、アディティブ法など、他の方法によって配線パターンを形成してもよい。さらに、上述の例では、Cuの成膜をスパッタリング法によって行っているが、めっき法などを用いても差支えない。また、上述の例では、ビア6をめっきにより形成しているが、スパッタリング法によってCuを成膜し、周知のフォトエッチングによって加工することにより形成しても良い。スルーホールの形成についても、上述のような感光性材料を用いた方法に限らず、機械的穿孔など、他の方法により行ってもよい。   In any of the cases (a) to (c) described above, the insulating layer 101 may be made of any of a polymer material and a ceramic material. The wiring layer 102 made of a Cu conductor may have a wiring pattern formed by other methods, such as printing or an additive method, without using the above-described photolithography method. Further, in the above-described example, the Cu film is formed by a sputtering method, but a plating method or the like may be used. In the above-described example, the via 6 is formed by plating. However, the via 6 may be formed by forming a Cu film by a sputtering method and processing the film by well-known photo etching. The formation of the through hole is not limited to the method using the photosensitive material as described above, but may be performed by another method such as mechanical perforation.

また、ポリイミド前駆体組成物の成膜は、スピンコート等による塗布に限らず、例えば、ポリイミド前駆体組成物からなるシートを載置するなど、他の方法を用いて行ってもよい。ポリイミド前駆体の加熱硬化は、窒素気流中あるいは真空中など、酸素の少ない雰囲気において行うことが望ましい。   Further, the film formation of the polyimide precursor composition is not limited to application by spin coating or the like, and may be performed using another method such as placing a sheet made of the polyimide precursor composition. The heat curing of the polyimide precursor is desirably performed in an atmosphere containing less oxygen, such as in a nitrogen stream or in a vacuum.

さらに、上述の例では、配線層102,103はCu単体で構成しているが、絶縁層104との密着性を確保するために、配線層102,103の上面や下面にCr、Ti、Ta、W、Nb、およびTiWの中から選んだ材料からなる薄膜層を形成しても良い。この場合の本発明の効果はCu導体パターンの側壁に対して現れる。   Further, in the above-described example, the wiring layers 102 and 103 are made of Cu alone, but Cr, Ti, and Ta are formed on the upper and lower surfaces of the wiring layers 102 and 103 in order to secure adhesion to the insulating layer 104. , W, Nb, and TiW may be formed. In this case, the effect of the present invention appears on the side wall of the Cu conductor pattern.

つぎに、多層配線基板を形成する場合の製造工程例について説明する。導体配線119を備えるセラミック基板111上に薄膜多層配線112を形成する場合の、製造途中の多層配線基板の断面図を、図11に示す。図11に示した多層配線基板は、導体配線119を備えるセラミック基板と、3層の絶縁層110と、厚膜基板101と薄膜多層配線102の整合をとるための整合層114と、平面配線116と、ビア配線113と、ビアパッド115とを備える。各絶縁層110は、それぞれ、第1のポリイミド膜117と、第2のポリイミド膜118とを備える。多層配線基板は、例えば、つぎの(1)〜(12)の工程により作製される。   Next, an example of a manufacturing process for forming a multilayer wiring board will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view of a multilayer wiring board in the course of manufacturing when the thin-film multilayer wiring 112 is formed on the ceramic substrate 111 having the conductor wiring 119. The multilayer wiring board shown in FIG. 11 includes a ceramic substrate provided with conductor wiring 119, three insulating layers 110, a matching layer 114 for matching the thick film substrate 101 and the thin film multilayer wiring 102, and a planar wiring 116. , Via wiring 113, and via pad 115. Each insulating layer 110 includes a first polyimide film 117 and a second polyimide film 118, respectively. The multilayer wiring board is manufactured, for example, by the following steps (1) to (12).

(1) セラミック基板111を洗浄し、酸素プラズマ処理を行って基板表面の清浄化を行う。 (1) The ceramic substrate 111 is cleaned and oxygen plasma processing is performed to clean the substrate surface.

(2) 逆スパッタリングにより基板表面の清浄化を行った後、セラミック基板111表面に、スパッタリング法によりCr、Cu、Crを順次成膜し、Cr/Cu/Cr積層膜を形成する。ここで、Cr/Cu/CrはCr膜、Cu膜、Cr膜を、この順で順次積層した構造を表す。 (2) After cleaning the substrate surface by reverse sputtering, Cr, Cu, and Cr are sequentially formed on the surface of the ceramic substrate 111 by a sputtering method to form a Cr / Cu / Cr laminated film. Here, Cr / Cu / Cr represents a structure in which a Cr film, a Cu film, and a Cr film are sequentially laminated in this order.

(3) Cr/Cu/Cr積層膜表面に、周知のフォトリソグラフィ法によりレジストパターンを形成し、選択性エッチングによりCr/Cu/Cr積層膜の最上層のCr膜をパターン化した後、電気めっきを用いてCu膜を成長させ、Cu導体よりなるビア113aを形成する。さらに、周知のフォトエッチング法によりCr/Cu/Cr積層膜のパターン分離を行い、整合層114のパターンを形成する。 (3) A resist pattern is formed on the surface of the Cr / Cu / Cr laminated film by a known photolithography method, and the uppermost Cr film of the Cr / Cu / Cr laminated film is patterned by selective etching, followed by electroplating. To form a via 113a made of a Cu conductor. Further, the pattern of the Cr / Cu / Cr laminated film is separated by a well-known photo-etching method to form a pattern of the matching layer 114.

(4) セラミック基板111表面の露出部分と、整合層114およびビア113aとを覆うように、第1のポリイミド前駆体組成物をスピンコートにより塗布し、加熱硬化させて、第1の絶縁層110aの第1のポリイミド膜117aを形成する。ここで、第1のポリイミド前駆体組成物は、ポリイミド前駆体として、上述の一般式(化1)で表されるポリイミドの前駆体を含むか、あるいは、塩基性化合物を含むことが望ましい。また、この第1のポリイミド膜117aの膜厚は6.5μm以下にすることが望ましい。このようにすることにより、第1のポリイミド膜117a中へのCu拡散を防止することができる。 (4) The first polyimide precursor composition is applied by spin coating so as to cover the exposed portion of the surface of the ceramic substrate 111, the matching layer 114, and the via 113a, and is cured by heating to form the first insulating layer 110a. The first polyimide film 117a is formed. Here, the first polyimide precursor composition desirably contains, as the polyimide precursor, a polyimide precursor represented by the above general formula (Formula 1) or a basic compound. Further, it is desirable that the thickness of the first polyimide film 117a be 6.5 μm or less. By doing so, Cu diffusion into the first polyimide film 117a can be prevented.

(5) 次いで、第1のポリイミド膜117a表面に、第2のポリイミド前駆体組成物をスピンコートにより塗布し、加熱硬化させて、第1の絶縁層110aの第2のポリイミド膜118aを形成する。この第2のポリイミド膜118aの形成膜厚は、第1の絶縁層110aの必要膜厚に応じて定めれば良い。第2のポリイミド膜118aは、第1のポリイミド膜117aと同材料であっても良いが、異なっても差支えなく、熱膨張の少ないポリイミドを用いることが望ましい。この低熱膨張性ポリイミドには、上述の一般式(化5)で表される繰返し単位と(化6)で表される繰り返し単位とを有するポリイミド、および、上述の一般式(化10)で表される繰返し単位と、(化11)で表される繰り返し単位とを有するポリイミドの少なくともいずれかが好適である。また、ここでは、絶縁層110を2つの絶縁膜117,118の複合膜としているが、さらに第2のポリイミド膜118表面に絶縁膜を形成し、3層以上の複合膜としてもよい。 (5) Next, the second polyimide precursor composition is applied to the surface of the first polyimide film 117a by spin coating, and is heated and cured to form the second polyimide film 118a of the first insulating layer 110a. . The thickness of the second polyimide film 118a may be determined according to the required thickness of the first insulating layer 110a. The second polyimide film 118a may be made of the same material as the first polyimide film 117a, but may be different, and it is preferable to use polyimide having a small thermal expansion. This low thermal expansion polyimide includes a polyimide having a repeating unit represented by the above general formula (Chem. 5) and a repeating unit represented by the above (Chem. 6), and a polyimide represented by the above general formula (Chem. 10). At least one of polyimide having a repeating unit to be performed and a repeating unit represented by the following formula (11) is preferable. Although the insulating layer 110 is a composite film of the two insulating films 117 and 118 here, an insulating film may be further formed on the surface of the second polyimide film 118 to form a composite film of three or more layers.

(6) 得られた第1の絶縁層110a表面を、テープラップ法やポリッシュ法などの機械研磨法により研磨し、ビア113aの頭出しと絶縁層110aの平坦化とを行ったのち、絶縁層110a表面およびビア113a露出部分の洗浄と酸素プラズマ処理とを行い、表面を清浄化する。 (6) The surface of the obtained first insulating layer 110a is polished by a mechanical polishing method such as a tape wrap method or a polishing method, and cueing of the via 113a and flattening of the insulating layer 110a are performed. The surface of the surface 110a and the exposed portion of the via 113a are cleaned and the oxygen plasma treatment is performed to clean the surface.

(7) 上述の(2)〜(3)と同様にして、絶縁層110a表面およびビア113a露出部分にCr/Cu/Cr積層膜を成膜したのち、最上層Cr膜をパターン化した後、電気めっきを用いてCuを成長させ、Cuよりなるビア113bを形成し、Cr/Cu/Cr積層膜をパターン分離してビアパッド115aおよび配線層116aを得る。 (7) After forming a Cr / Cu / Cr laminated film on the surface of the insulating layer 110a and the exposed portion of the via 113a in the same manner as in the above (2) and (3), after patterning the uppermost Cr film, Cu is grown using electroplating, a via 113b made of Cu is formed, and a pattern of the Cr / Cu / Cr laminated film is separated to obtain a via pad 115a and a wiring layer 116a.

(8) 上述の(4)と同様にして、第1の絶縁層110a表面と、平面配線116a、ビアパッド115aおよびビア113bとを覆うように、第1のポリイミド前駆体組成物をスピンコートにより塗布し、加熱硬化させて、第2の絶縁層110bの第1のポリイミド膜117bを形成する。第1の絶縁層110aの場合と同様に、ここで、第1のポリイミド前駆体組成物は、ポリイミド前駆体として、上述の一般式(化1)で表されるポリイミドの前駆体を含むか、あるいは、塩基性化合物を含むことが望ましい。また、この第1のポリイミド膜117bの膜厚も、6.5μm以下にすることが望ましい。 (8) In the same manner as in (4) above, the first polyimide precursor composition is applied by spin coating so as to cover the surface of the first insulating layer 110a and the planar wiring 116a, the via pad 115a, and the via 113b. Then, by heating and curing, a first polyimide film 117b of the second insulating layer 110b is formed. As in the case of the first insulating layer 110a, here, the first polyimide precursor composition contains, as the polyimide precursor, a polyimide precursor represented by the above general formula (Formula 1), Alternatively, it is desirable to include a basic compound. Further, it is desirable that the thickness of the first polyimide film 117b is also set to 6.5 μm or less.

(9) 次いで、上述の(5)と同様にして、第1のポリイミド膜117b表面に、第2のポリイミド膜118bを形成する。これにより、第2の絶縁層110bが形成されたことになる。 (9) Next, in the same manner as in the above (5), a second polyimide film 118b is formed on the surface of the first polyimide film 117b. Thus, the second insulating layer 110b is formed.

(10) 得られた第2の絶縁層110b表面を、上述の(6)と同様にして研磨し、ビア113aの頭出しおよび平坦化と、表面の清浄化を行ったのち、上述の(7)と同様にして、ビア113c、ビアパッド115bおよび配線層116bを形成する。 (10) The surface of the obtained second insulating layer 110b is polished in the same manner as in the above (6), and the cue and flattening of the via 113a and the surface cleaning are performed. Similarly, the via 113c, the via pad 115b, and the wiring layer 116b are formed.

(11) さらに、上述の(8)〜(9)と同様にして、第2の絶縁層110b表面と、平面配線116b、ビアパッド115bおよびビア113cとを覆うように、第3の絶縁層110cの第1のポリイミド膜117cおよび第2のポリイミド膜118cを形成し、第3の絶縁層110cを得る。 (11) Further, in the same manner as in (8) to (9) above, the third insulating layer 110c is formed so as to cover the surface of the second insulating layer 110b and the plane wiring 116b, the via pad 115b, and the via 113c. A first polyimide film 117c and a second polyimide film 118c are formed to obtain a third insulating layer 110c.

(12) 以上により、図3に示した、製造途中の多層配線基板が作製される。さらに、(10)〜(11)の工程を繰り返すことにより、配線層の積層数を増やすことができる。所望の積層が得られたら、最後に、表面を研磨し、清浄化したのち、半導体チップなどとの接続のための表面電極(図示せず)を形成することにより、多層配線基板が得られる。 (12) As described above, the multi-layer wiring board in the process of manufacturing shown in FIG. 3 is manufactured. Further, by repeating the steps (10) to (11), the number of stacked wiring layers can be increased. When a desired lamination is obtained, finally, the surface is polished and cleaned, and then a surface electrode (not shown) for connection to a semiconductor chip or the like is formed, thereby obtaining a multilayer wiring board.

従来より用いられてきた製造方法では、上述の(6)および(10)に相当する研磨工程において、ビア113aの周辺の第1の絶縁層110aに相当する箇所や、ビア113bの周辺の第2の絶縁層110bに相当する箇所に、クラックの発生が見られることがあった。しかし、本発明の第1の態様によれば、上述の一般式(化1)により表されるポリイミドの前駆体を含むポリイミド前駆体組成物を用いて第1のポリイミド膜117を形成することにより、クラックの発生を抑制する。また、本発明の第2の態様によれば、塩基性化合物を含むポリイミド前駆体組成物を用いて第1のポリイミド膜117を形成することにより、クラックの発生を抑制する。さらに、本発明の第3の態様では、第1のポリイミド膜117の膜厚を6.5μm以下にすることにより、クラックの発生を抑制する。   In a manufacturing method conventionally used, in a polishing step corresponding to the above (6) and (10), a portion corresponding to the first insulating layer 110a around the via 113a and a second portion around the via 113b. In some cases, cracks were observed in portions corresponding to the insulating layer 110b. However, according to the first aspect of the present invention, the first polyimide film 117 is formed by using the polyimide precursor composition containing the polyimide precursor represented by the above general formula (Formula 1). , To suppress the occurrence of cracks. Further, according to the second aspect of the present invention, cracks are suppressed by forming the first polyimide film 117 using the polyimide precursor composition containing a basic compound. Furthermore, in the third aspect of the present invention, the occurrence of cracks is suppressed by setting the thickness of the first polyimide film 117 to 6.5 μm or less.

つぎに、厚膜多層基板の両面に薄膜配線とI/O(入出力)ピンを形成するための薄膜メタライズを形成した厚膜・薄膜複合配線基板の製造方法の例を、図12を用いて説明する。   Next, an example of a method of manufacturing a thick-film / thin-film composite wiring board in which thin-film metallization for forming thin-film wiring and I / O (input / output) pins on both surfaces of a thick-film multilayer board will be described with reference to FIG. explain.

図12に示した配線基板は、内部配線119を備えるセラミック基板111の表裏一方の面に、厚膜基板111と薄膜配線の整合をとるための金属層パターン(整合層)114と、ビア54と、半導体チップ等との接続のための金属層パターン(表面電極)127と、絶縁層110とを備える。絶縁層110は、第1のポリイミド膜(絶縁膜)117と第2のポリイミド膜(絶縁膜)118とを備える。また、セラミック基板111の他方の面には、入出力(I/O)ピン取り付けの際の応力分散のための3層からなる金属層パターン121と、入出力端子接続のための金属層パターン(表面電極)123と、表面電極123にはんだ125を介して接続されたI/Oピン126と、第1の絶縁層122および第2の絶縁層124とを備える。   The wiring board shown in FIG. 12 has a metal layer pattern (matching layer) 114 for matching the thick film substrate 111 and the thin film wiring, a via 54, , A metal layer pattern (surface electrode) 127 for connection to a semiconductor chip or the like, and an insulating layer 110. The insulating layer 110 includes a first polyimide film (insulating film) 117 and a second polyimide film (insulating film) 118. On the other surface of the ceramic substrate 111, a metal layer pattern 121 composed of three layers for dispersing stress at the time of attaching input / output (I / O) pins and a metal layer pattern ( A surface electrode) 123, I / O pins 126 connected to the surface electrode 123 via solder 125, and a first insulating layer 122 and a second insulating layer 124.

この配線基板は、つぎの(21)〜(30)の工程により作製することができる。なお、ここでは、上記I/Oピン126のある側の面を裏面側の面と呼び、その反対側の面を表面側の面と呼ぶことにする。   This wiring board can be manufactured by the following steps (21) to (30). Here, the surface on the side where the I / O pins 126 are located is referred to as a back surface, and the opposite surface is referred to as a front surface.

(21) セラミック基板111を洗浄し、酸素プラズマ処理によりセラミック基板111の表裏両面の清浄化を行ったのち、上述の(2)と同様にして、セラミック基板111の表裏両面にCr/Cu/Cr積層膜を形成し、裏面側のCr/Cu/Cr積層膜表面を、ポリイミド膜等からなる保護膜(図示せず)により覆う。 (21) After cleaning the ceramic substrate 111 and cleaning the front and back surfaces of the ceramic substrate 111 by oxygen plasma treatment, the Cr / Cu / Cr surface is formed on the front and back surfaces of the ceramic substrate 111 in the same manner as in (2) above. A laminated film is formed, and the surface of the backside Cr / Cu / Cr laminated film is covered with a protective film (not shown) made of a polyimide film or the like.

(22) セラミック基板111の表面側のCr/Cu/Cr積層膜表面に、上述の(3)と同様にして、Cuよりなるビア113を形成したのち、パターン分離し、整合層として働く金属層パターン(整合パッド)114を得る。 (22) A via 113 made of Cu is formed on the surface of the Cr / Cu / Cr laminated film on the surface side of the ceramic substrate 111 in the same manner as in (3) above, followed by pattern separation and a metal layer serving as a matching layer. A pattern (matching pad) 114 is obtained.

(23) (22)の工程により露出したセラミック基板111表面と、整合パッド114およびビア113とを覆うように、上述の(4)と同様にして第1のポリイミド前駆体を塗布し、加熱硬化させて第1のポリイミド膜117を形成する。 (23) A first polyimide precursor is applied in the same manner as in (4) above so as to cover the surface of the ceramic substrate 111 exposed in the process of (22), the matching pad 114 and the via 113, and is heat-cured. Thus, a first polyimide film 117 is formed.

(24) 次いで、第1のポリイミド膜117表面に、上述の(5)と同様にして、第2のポリイミド前駆体組成物を塗布し、加熱硬化させて第2のポリイミド膜118を形成する。これにより2層構造の絶縁膜110が得られる。なお、第2のポリイミド膜118の形成膜厚は、表面側に形成する絶縁層110の必要膜厚に応じて定めれば良い。 (24) Next, the second polyimide precursor composition is applied to the surface of the first polyimide film 117 in the same manner as in the above (5), and is cured by heating to form the second polyimide film 118. As a result, an insulating film 110 having a two-layer structure is obtained. Note that the thickness of the second polyimide film 118 may be determined according to the required thickness of the insulating layer 110 formed on the surface.

(25) 裏面側の面に形成してある保護膜(図示せず)を酸素アッシングなどにより除去するしたのち、周知のフォトエッチング法により、裏面側のCr/Cu/Cr積層膜のパターン分離を行い、金属層パターン121を形成する。 (25) After removing the protective film (not shown) formed on the back surface by oxygen ashing or the like, pattern separation of the Cr / Cu / Cr laminated film on the back surface is performed by a known photo etching method. Then, a metal layer pattern 121 is formed.

(26) (25)の工程により露出したセラミック基板111表面と金属層パターン121とを覆うように、上述の(24)と同様にして、ポリイミド前駆体組成物を塗布し、加熱硬化させて、裏面側の第1の絶縁層122を形成する。 (26) A polyimide precursor composition is applied and heated and cured in the same manner as in (24) above so as to cover the surface of the ceramic substrate 111 and the metal layer pattern 121 exposed in the step (25). A first insulating layer 122 on the back side is formed.

(27) この第1の絶縁層122に、周知のフォトエッチング法あるいはレーザアブレーション法などにより、金属層パターン61に達する貫通孔をあけ、逆スパッタリングにより露出した金属層パターン61表面および第1のポリイミド膜122表面の清浄化を行った後、スパッタリング法などによりCr膜を成膜し、さらに、このCr膜表面に、はんだと接続可能な金属(NiあるいはNi−W)からなる薄膜層を成膜する。次いで、周知のフォトエッチング法によりこの金属膜(Cr膜、および、はんだと接続可能な金属の膜)のパターン化を行い、表面電極123を得る。 (27) A through hole reaching the metal layer pattern 61 is formed in the first insulating layer 122 by a known photoetching method or a laser ablation method, and the surface of the metal layer pattern 61 exposed by reverse sputtering and the first polyimide are formed. After cleaning the surface of the film 122, a Cr film is formed by a sputtering method or the like, and a thin film layer made of a metal (Ni or Ni-W) connectable to solder is formed on the surface of the Cr film. I do. Next, this metal film (Cr film and a film of a metal connectable to solder) is patterned by a well-known photo-etching method to obtain a surface electrode 123.

(28) 表面電極123および第1の絶縁層122の表面に、第2のポリイミド前駆体組成物をスピンコートにより塗布し、加熱硬化させて、第2の絶縁層124を形成する。 (28) A second polyimide precursor composition is applied to the surfaces of the surface electrode 123 and the first insulating layer 122 by spin coating, and cured by heating to form a second insulating layer 124.

(29) テープラップ法やポリッシュ法などの機械研磨法を用いて、表面側の絶縁層110表面を研磨し、ビア113の頭出しと平坦化とを行ったのち、基板の洗浄と酸素プラズマ処理を行い、表面を清浄化し、さらに逆スパッタリングにより表面側の面の清浄化を行ったのち、この表面側の面に、スパッタリング法等によりCr膜およびはんだと接続可能な金属(Ni−WあるいはNi)からなる薄膜層を順次成膜する。次いで、周知のフォトエッチング法によりCr膜およびはんだと接続可能な金属の膜のパターン化を行い、表面電極127を形成する。 (29) The surface of the insulating layer 110 on the front side is polished by using a mechanical polishing method such as a tape wrap method or a polishing method, and cueing and flattening of the via 113 are performed. After the surface is cleaned and the surface on the front side is further cleaned by reverse sputtering, a metal (Ni-W or Ni-W or Ni ) Are sequentially formed. Then, the surface electrode 127 is formed by patterning the Cr film and a metal film connectable to the solder by a known photo-etching method.

(30) レーザアブレーション法などにより、裏面側の第2の絶縁膜124に、裏面側の表面電極123に達する貫通孔(スルーホール)をあけて、裏面側表面電極123表面の一部を露出させたのち、表裏両面の表面電極127,123の露出部分に、置換めっきなどにより、Au層(図示せず)を設ける。最後に、はんだ125を用いてI/Oピン126を裏面側の表面電極123に接続する。 (30) Through holes (through holes) reaching the front surface electrode 123 on the rear surface side are made in the second insulating film 124 on the rear surface side by a laser ablation method or the like, and a part of the surface of the rear surface side front electrode 123 is exposed. Thereafter, an Au layer (not shown) is provided on the exposed portions of the front and back surface electrodes 127 and 123 by displacement plating or the like. Finally, the I / O pins 126 are connected to the front surface electrode 123 on the back surface using the solder 125.

以上により、図4に示した配線基板が作製される。上記工程例では、表面側には2層構造の絶縁層110を、裏面側には2層の単層構造絶縁層122,124を、それぞれ形成している。   Thus, the wiring substrate shown in FIG. 4 is manufactured. In the above process example, a two-layer insulating layer 110 is formed on the front side, and two single-layer insulating layers 122 and 124 are formed on the rear side.

以上の工程のうち、表面側に形成される第1のポリイミド膜117(工程(23)により形成)と、裏面側に形成される第1の絶縁層122(工程(26)により形成)とは、第1のポリイミド前駆体組成物を用いて形成される。ここで、第1のポリイミド前駆体組成物は、ポリイミド前駆体として、上述の一般式(化1)で表されるポリイミドの前駆体を含むか、あるいは、塩基性化合物を含むことが望ましい。また、第1のポリイミド膜117の形成と、第1の絶縁層122の形成とに、同じポリイミド前駆体組成物を用いてもよく、互いに異なる組成物を用いてもよい。なお、この第1のポリイミド膜117および第1の絶縁膜122の膜厚は、それぞれ6.5μm以下にすることが望ましい。本発明によれば、第1のポリイミド膜117および第1の絶縁層122中へのCu拡散を防止することができ、これによる耐熱性劣化や機械強度の低下が回避される。   Among the above steps, the first polyimide film 117 formed on the front side (formed by step (23)) and the first insulating layer 122 formed on the back side (formed by step (26)) Formed using the first polyimide precursor composition. Here, the first polyimide precursor composition desirably contains, as the polyimide precursor, a polyimide precursor represented by the above general formula (Formula 1) or a basic compound. Further, the same polyimide precursor composition may be used for forming the first polyimide film 117 and the formation of the first insulating layer 122, or different compositions may be used. Note that the thickness of each of the first polyimide film 117 and the first insulating film 122 is desirably 6.5 μm or less. According to the present invention, it is possible to prevent Cu from diffusing into the first polyimide film 117 and the first insulating layer 122, thereby avoiding deterioration in heat resistance and reduction in mechanical strength.

実際、従来は、工程(29)に相当する研磨工程において、ビア113の周辺の絶縁層110にクラックの発生などが見られたが、本発明を適用した上記工程では、クラックは発生しない。なお、表面側の絶縁層110は、3層以上にしても差支えない。   Actually, cracks and the like have been found in the insulating layer 110 around the vias 113 in the polishing step corresponding to the step (29), but cracks do not occur in the above steps to which the present invention is applied. Note that the number of the insulating layers 110 on the front side may be three or more.

また、表面側に形成される第2のポリイミド膜118(工程(24)により形成)と、裏面側に形成される第2の絶縁層124(工程(28)により形成)とは、第2のポリイミド前駆体組成物を用いて形成される。この第2のポリイミド前駆体組成物は、第1のポリイミド前駆体組成物と同じものであっても良いが、異なっても差支えなく、第2のポリイミド膜118の形成と、第2の絶縁層124の形成とに、同じポリイミド前駆体組成物を用いてもよく、互いに異なる組成物を用いてもよいが、いずれも熱膨張の少ないポリイミドを用いることが望ましい。   The second polyimide film 118 formed on the front side (formed by the step (24)) and the second insulating layer 124 formed on the back side (formed by the step (28)) It is formed using a polyimide precursor composition. The second polyimide precursor composition may be the same as the first polyimide precursor composition, but may be different. The formation of the second polyimide film 118 and the formation of the second insulating layer The same polyimide precursor composition or different compositions may be used for the formation of 124, but it is preferable to use polyimide having little thermal expansion in each case.

この低熱膨張性ポリイミドには、上述の一般式(化5)で表される繰返し単位と(化6)で表される繰り返し単位とを有するポリイミド、および、上述の一般式(化10)で表される繰返し単位と、(化11)で表される繰り返し単位とを有するポリイミドの少なくともいずれかが好適である。   This low thermal expansion polyimide includes a polyimide having a repeating unit represented by the general formula (Chemical Formula 5) and a repeating unit represented by the chemical formula (Chemical Formula 6), and a polyimide represented by the general formula (Chemical Formula 10). At least one of polyimide having a repeating unit to be performed and a repeating unit represented by the following formula (11) is preferable.

次に、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、以下に記載する各合成例では、粘度の測定にE型粘度計(DV□−E型ディジタル粘度計((株)トキメック製)を使用した。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the synthesis examples described below, an E-type viscometer (DV □ -E type digital viscometer (manufactured by Tokimec Co., Ltd.)) was used for measuring the viscosity.

まず、ポリイミド前駆体を合成し、反応溶液に適宜塩基性化合物を添加して、反応溶媒の残存したワニスとして、ポリイミド前駆体組成物を得た(合成例1〜10、14〜16)。得られたワニスの固形分濃度および粘度を、表2に示す。











First, a polyimide precursor was synthesized, and a basic compound was appropriately added to the reaction solution to obtain a polyimide precursor composition as a varnish in which the reaction solvent remained (Synthesis Examples 1 to 10, 14 to 16). Table 2 shows the solid content concentration and viscosity of the obtained varnish.











Figure 2004247744
Figure 2004247744

表2で用いた化合物の略号は、それぞれ、
BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
ODPA:3,3’,4,4’−オキシジフタル酸二無水物
TPDA:p−ターフェニル−3,3”,4,4”−テトラカルボン酸二無水物m−TPDA:m−ターフェニル−3,3”,4,4”−テトラカルボン酸二無水物
DDE:4,4’−ジアミノジフェニルエ−テル
BAPB:4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル
BAPP:2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン
HFBAPP:2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン
PDA:p−フェニレンジアミン
DMBP:3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル
DAPM:3−ジメチルアミノプロピルメタクリレート
4−MPY:4−メチルピリジン
PMDA:ピロメリット酸二無水物
BTDA:3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
を示す。
The abbreviations of the compounds used in Table 2 are:
BPDA: 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride ODPA: 3,3 ′, 4,4′-oxydiphthalic dianhydride TPDA: p-terphenyl-3,3 ″, 4 4 "-tetracarboxylic dianhydride m-TPDA: m-terphenyl-3,3", 4,4 "-tetracarboxylic dianhydride DDE: 4,4'-diaminodiphenylether BAPB: 4, 4'-bis (4-aminophenoxy) biphenyl BAPP: 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane HFBAPP: 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] hexafluoro Propane PDA: p-phenylenediamine DMBP: 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl DAPM: 3-dimethylaminopropyl methacrylate 4-MPY: - methylpyridine PMDA: pyromellitic acid dianhydride BTDA: 3,4,3 ', showing the 4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride.

<合成例1>
室温、窒素気流下、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエ−テルを30.0g(0.15mol)を、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)と1−メチル−2−ピロリドン(NMP)の1:1の混合溶媒420gに撹拌しつつ溶解した。次いで、酸二無水物として3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物44.1g(0.15mol)を混入し、窒素気流下で撹拌しつつ溶解した(全固形分濃度15wt/wt%)。反応溶液の粘度は、酸二無水物添加後、6時間経過時に600ポアズに達した。さらにこの溶液を55〜70℃の温度範囲で約6時間加熱してその粘度を30ポアズとし、配線構造体を製造する際に用いるポリイミド前駆体組成物(表2のワニス番号1)を得た。
<Synthesis example 1>
At room temperature under a nitrogen stream, 30.0 g (0.15 mol) of 4,4′-diaminodiphenyl ether as a diamine component was added to N, N-dimethylacetamide (DMAc) and 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Was dissolved in 420 g of a 1: 1 mixed solvent with stirring. Subsequently, 44.1 g (0.15 mol) of 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride was mixed in as an acid dianhydride, and dissolved while stirring under a nitrogen stream (total solid content concentration). 15 wt / wt%). The viscosity of the reaction solution reached 600 poise 6 hours after the addition of the acid dianhydride. Further, this solution was heated in a temperature range of 55 to 70 ° C. for about 6 hours to adjust its viscosity to 30 poise, thereby obtaining a polyimide precursor composition (varnish number 1 in Table 2) used when manufacturing a wiring structure. .

<合成例2>
合成例1と同様にして得られたポリイミド前駆体組成物に、塩基性化合物として、3−ジメチルアミノプロピルメタクリレートを51.4g(0.30mol)添加した。添加後、溶液の粘度が55ポアズまで上昇した。次いで、該溶液を35℃で4時間加熱しその粘度を40ポアズとし、配線構造体を製造する際に用いるポリイミド前駆体組成物(表2のワニス番号2)を得た。
<Synthesis Example 2>
To the polyimide precursor composition obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, 51.4 g (0.30 mol) of 3-dimethylaminopropyl methacrylate was added as a basic compound. After the addition, the viscosity of the solution increased to 55 poise. Next, the solution was heated at 35 ° C. for 4 hours to have a viscosity of 40 poise to obtain a polyimide precursor composition (varnish number 2 in Table 2) used when manufacturing a wiring structure.

<合成例3〜10、14〜15>
表2のワニス番号3〜10、14〜15の欄に示される成分をそれぞれ用いて、合成例1または合成例2と同様の方法でポリイミド前駆体を合成し、表2に示す固形分濃度および粘度のポリイミド前駆体組成物(ワニス番号3〜10、14〜16)を得た。なお、これらの合成例においても、合成例1および2と同様に、酸二無水物およびジアミンの量はそれぞれ0.15molとし、塩基性化合物を添加する場合、その量は0.30molとした。
<Synthesis examples 3 to 10, 14 to 15>
Using the components shown in the columns of varnish numbers 3 to 10 and 14 to 15 in Table 2, a polyimide precursor was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 or Synthesis Example 2, and the solid content and the solid content shown in Table 2 were obtained. A polyimide precursor composition having a viscosity (varnish numbers 3 to 10, 14 to 16) was obtained. In these synthesis examples, the amounts of the acid dianhydride and the diamine were each 0.15 mol, and when the basic compound was added, the amounts were 0.30 mol, as in Synthesis Examples 1 and 2.

<比較合成例>
合成例1と同様の方法で、表3に示した原料をそれぞれ0.15mol用いてポリイミド前駆体を合成し、ポリイミド前駆体組成物(表3のワニス番号11〜13)を得た。なお、表3では、化合物名を表2と同様の略号を用いて記載した。













<Comparative synthesis example>
A polyimide precursor was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 using 0.15 mol of each of the raw materials shown in Table 3 to obtain a polyimide precursor composition (varnish numbers 11 to 13 in Table 3). In addition, in Table 3, the compound name was described using the same abbreviation as Table 2.













Figure 2004247744
Figure 2004247744

<実験例1>
200ml用の丸底フラスコに表2のワニス番号1のポリイミド前駆体ワニス(合成例1で合成したもの)を30g取り、アトマイズ銅(粒径約15μm、純度99.999wt/wt%)を0.3g添加し、窒素気流下で毎分300回転の速度で30分間撹拌した。撹拌する際の温度は23℃、50℃、80℃の3種類とした。このとき、フラスコ内部の酸素濃度を酸素濃度計にて測定したところ、いずれも約500ppm(vol/vol)であった。
<Experimental example 1>
30 g of a polyimide precursor varnish of varnish number 1 in Table 2 (synthesized in Synthesis Example 1) was placed in a 200-ml round-bottom flask, and atomized copper (particle size: about 15 μm, purity: 99.999 wt / wt%) was added in an amount of 0.1 g. 3 g was added, and the mixture was stirred at a speed of 300 rpm for 30 minutes under a nitrogen stream. The temperature at the time of stirring was set to three types of 23 ° C, 50 ° C, and 80 ° C. At this time, when the oxygen concentration inside the flask was measured with an oxygen concentration meter, all were about 500 ppm (vol / vol).

次いで、ワニスをポアサイズ3μmのフィルタにて窒素により加圧濾過し、未反応の銅をワニスから完全に除去した。濾過したワニスをガラス基板にスピン塗布し、窒素気流下、130℃の温度で30分間プリベークした後、該ワニスから生成したポリイミド前駆体のフィルムを剥離した。次いで、ポリイミド前駆体のフィルムをフレームへ装着し、窒素気流下で、200℃で30分間ベークしたのち、350℃で30分間ベークし、銅が均一に分散したポリイミドフィルムを得た。このフィルム中に存在する銅の濃度をケイ光X線法により定量した。その結果を図2に示す。これは、ポリイミド前駆体であるワニスと銅が反応し、ワニス中に溶出した銅の量を表している。本実験例の結果から、この図に示される様に、温度が上昇してもワニス中に銅は殆ど溶出せず、酸性度の低いポリイミド前駆体の使用と酸素濃度の低い雰囲気が、ポリイミド前駆体と銅との反応を抑止する上で極めて効果があることがわかる。   Next, the varnish was pressure-filtered with nitrogen through a filter having a pore size of 3 μm to completely remove unreacted copper from the varnish. The filtered varnish was spin-coated on a glass substrate, and prebaked at 130 ° C. for 30 minutes under a nitrogen stream, after which the polyimide precursor film formed from the varnish was peeled off. Next, the polyimide precursor film was mounted on a frame, baked at 200 ° C. for 30 minutes under a nitrogen stream, and baked at 350 ° C. for 30 minutes to obtain a polyimide film in which copper was uniformly dispersed. The concentration of copper present in the film was quantified by a fluorescent X-ray method. The result is shown in FIG. This indicates the amount of copper eluted in the varnish as a result of the reaction between the varnish, which is a polyimide precursor, and copper. From the results of this experimental example, as shown in this figure, copper hardly eluted into the varnish even when the temperature was increased, and the use of a low acidity polyimide precursor and a low oxygen concentration atmosphere were It turns out that it is extremely effective in suppressing the reaction between the body and copper.

<実験例2>
表2にワニス番号2として示す、塩基性化合物を含むワニスを用いることの他は、実験例1と同様の実験を行った。その結果を図3に示す。この図に示される様に、温度が上昇してもワニス中に銅は殆ど溶出せず、酸性度の低いポリイミド前駆体の使用と酸素濃度の低い雰囲気が、ポリイミド前駆体と銅との反応を抑止する上で極めて効果があることが示された。この例では実験例1の場合と比較して、さらに銅との反応性が抑止されていることがわかる。
<Experimental example 2>
The same experiment as in Experimental Example 1 was performed except that a varnish containing a basic compound, which is shown as a varnish number 2 in Table 2, was used. The result is shown in FIG. As shown in this figure, almost no copper elutes in the varnish even when the temperature rises, and the use of the polyimide precursor with low acidity and the low oxygen concentration atmosphere cause the reaction between the polyimide precursor and copper. It was shown to be extremely effective in deterring. In this example, it can be seen that the reactivity with copper is further suppressed as compared with the case of Experimental Example 1.

<実験例3>
表2にワニス番号16として示す、塩基性化合物を含むワニスを用いることの他は、実験例1と同様の実験を行った。その結果を図13に示す。本実験例では、実験例2と異なり、カルボキシル基の酸性度の高いポリアミド酸を用いているにもかかわらず、図13に示される様に、温度が上昇してもワニス中に銅は殆ど溶出せず、塩基性化合物の添加と、酸素濃度の低い雰囲気とにより、ポリイミド前駆体と銅との反応が抑止されていることがわかる。
<Experimental example 3>
The same experiment as in Experimental Example 1 was performed, except that a varnish containing a basic compound, which is shown as a varnish number 16 in Table 2, was used. The result is shown in FIG. In this experimental example, unlike the experimental example 2, although polyamic acid having a high acidity of the carboxyl group was used, as shown in FIG. 13, almost no copper was eluted in the varnish even when the temperature was increased. However, it can be seen that the reaction between the polyimide precursor and copper was suppressed by the addition of the basic compound and the atmosphere having a low oxygen concentration.

<比較実験例1>
ワニスとして表3のワニス番号13を用いることの他は、実験例1と同様の実験を行った。その結果を図4に示す。この図に示される様に、温度の上昇とともにワニス中に銅が溶出する量が増加し、しかもその絶対量が前述の実験例1〜3と比較するとはるかに多い。従って、酸素濃度の低い雰囲気下でも、酸性度の高いポリイミド前駆体を使用し、酸性度を下げるための塩基性化合物の添加がなければ、ポリイミド前駆体と銅との反応を抑止することが困難になると考えられる。実際、さらに酸素濃度を低くし、80ppm(vol/vol)にて同様の実験を行ったが、図4とほぼ同様の結果となった。
<Comparative experiment example 1>
The same experiment as in Experimental Example 1 was performed except that varnish number 13 in Table 3 was used as the varnish. The result is shown in FIG. As shown in this figure, the amount of copper eluted into the varnish increases with an increase in temperature, and the absolute amount is much larger than that in the above-mentioned Experimental Examples 1 to 3. Therefore, even under an atmosphere having a low oxygen concentration, it is difficult to use a polyimide precursor having a high acidity and to suppress the reaction between the polyimide precursor and copper unless a basic compound for lowering the acidity is added. It is thought to be. Actually, a similar experiment was performed at a lower oxygen concentration and 80 ppm (vol / vol), but the result was almost the same as that in FIG.

<実験例4>
シリコンウエハ(直径4インチ)上にスパッタリング法により0.05μmの厚さのクロム膜と、2μmの厚さの銅膜とを順に成膜し、その上に、表2のワニス番号2のワニス(合成例2で調製したもの)をスピン塗布し、ベーク炉に窒素気流下23℃にて投入後、毎分2℃の速度で昇温し400℃に到達後60分間保持した後取り出した。この時、ベーク炉中の酸素濃度は6〜10ppm(vol/vol)であった。取り出したウエハをSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry:二次イオン質量分析)法により、ポリイミド側から深さ方向へ銅の濃
度を計測した。結果を図5に示す。図5(a)は、測定したウエハの部分断面図である。このウエハは、基板53上に、クロム層54、銅層55、ポリイミド層56を、この順で備える。また、図5(b)は、SIMS法による測定結果のグラフである。本実験例3の測定結果は、曲線51として図示されている。
<Experimental example 4>
A chromium film having a thickness of 0.05 μm and a copper film having a thickness of 2 μm are sequentially formed on a silicon wafer (4 inches in diameter) by a sputtering method, and a varnish (varnish number 2 in Table 2) is formed thereon. (Prepared in Synthesis Example 2) was spin-coated, charged into a baking furnace at 23 ° C. under a nitrogen stream, heated at a rate of 2 ° C. per minute, and maintained at 400 ° C. for 60 minutes. At this time, the oxygen concentration in the baking furnace was 6 to 10 ppm (vol / vol). The concentration of copper in the taken-out wafer was measured in the depth direction from the polyimide side by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry). FIG. 5 shows the results. FIG. 5A is a partial cross-sectional view of the measured wafer. This wafer has a chromium layer 54, a copper layer 55, and a polyimide layer 56 on a substrate 53 in this order. FIG. 5B is a graph of a measurement result by the SIMS method. The measurement result of Experimental Example 3 is shown as a curve 51.

この図から、本実験例では、銅の濃度はポリイミドと銅の極界面近傍までは低く抑えられていることがわかる。また、本実験例では、特に界面近傍における銅濃度4000ppm(wt/wt)以上の領域に関しては、0.1μm以下という極めて薄い厚さでしか銅は高濃度で存在していない。この結果から、前述の実験例1〜2に示されたような室温〜80℃の温度領域のみならず、ポリイミドを形成する全温度工程にわたっても、酸素濃度の低い雰囲気と酸性度の低いポリイミド前駆体を用いることにより、銅とポリイミドとの反応を抑止し、ポリイミドの分解を防ぐことができることわかる。   From this figure, it can be seen that, in this experimental example, the copper concentration is kept low up to near the pole interface between polyimide and copper. Further, in this experimental example, particularly in a region where the copper concentration is 4000 ppm (wt / wt) or more near the interface, the copper is present at a high concentration only in an extremely thin thickness of 0.1 μm or less. From these results, not only in the temperature range of room temperature to 80 ° C. as shown in the above-mentioned Experimental Examples 1 and 2, but also in the entire temperature process for forming the polyimide, the atmosphere having a low oxygen concentration and the polyimide precursor having a low acidity were obtained. It can be seen that the use of the body can suppress the reaction between copper and the polyimide and prevent the decomposition of the polyimide.

なお、本実験例でSIMS用に作製したウエハに対して、さらに窒素気流下400℃の加熱処理を追加しても、SIMS法による測定結果にほとんど変化は見られなかった。従って、この結果から、ポリイミド前駆体が完全にイミド化した後では、もはや銅はほどんどポリイミド側に浸入しないことがわかる。   It should be noted that even if a heat treatment at 400 ° C. was further added under a nitrogen stream to the wafer manufactured for SIMS in this experimental example, the measurement result by the SIMS method hardly changed. Therefore, from this result, it can be seen that after the polyimide precursor is completely imidized, copper hardly enters the polyimide side.

<比較実験例2>
ワニスとして、ワニス番号13を用いることの他は実験例3と同様にして、調製されたウエハの銅濃度を測定した。その結果を図5(b)に曲線52として図示する。この図から、酸性度の高いワニスを用いると酸素濃度を低減してもポリイミド側に銅が大量に溶出することがわかる。特に界面近傍における銅濃度4000ppm(wt/wt)以上の領域に関しては、銅は2μm程度の極めて厚い領域にわたって存在しており、ポリイミドの表面側でも、ほとんどの領域で銅が1000ppm(wt/wt)以上の高濃度で存在していることがわかる。
<Comparative experiment example 2>
The copper concentration of the prepared wafer was measured in the same manner as in Experimental Example 3 except that varnish number 13 was used as the varnish. The result is shown as a curve 52 in FIG. From this figure, it can be seen that when a varnish having a high acidity is used, a large amount of copper is eluted on the polyimide side even when the oxygen concentration is reduced. In particular, in the region where the copper concentration is 4000 ppm (wt / wt) or more in the vicinity of the interface, copper exists over an extremely thick region of about 2 μm, and even in the polyimide surface, copper is 1000 ppm (wt / wt) in most regions. It turns out that it exists in the above high concentration.

なお、本比較実験例でSIMS用に作製したウエハに対して、さらに窒素気流下400℃での加熱処理を10時間追加したところ、ポリイミド膜は極めて脆くなり、いたるところにクラックが発生し、ポリイミド膜の剥がれも見られた。ちなみに、銅膜を形成することなく、ワニス番号13のワニスを直接シリコンウエハに形成したものについて同様の加熱処理を行ったが、ポリイミド膜に脆くなる等の大きな変化は見られなかった。従って、このポリイミド膜が脆くなり、クラックが発生した原因は銅がポリイミド内に大量に溶出したためであることがわかる。   In addition, when a heat treatment at 400 ° C. was further added under a nitrogen stream to the wafer manufactured for SIMS in this comparative experimental example for 10 hours, the polyimide film became extremely brittle, cracks occurred everywhere, Peeling of the film was also observed. Incidentally, the same heat treatment was performed on the varnish of varnish number 13 directly formed on the silicon wafer without forming the copper film, but no significant change such as the brittleness of the polyimide film was found. Accordingly, it can be understood that the cause of the brittleness of the polyimide film and the occurrence of cracks is that a large amount of copper was eluted into the polyimide.

<実験例5>
シリコンウエハ(直径4インチ)上に、スパッタリング法により、クロム0.05μmの厚さのクロム膜および2μmの厚さの銅膜を順に成膜し、その上に表2のワニス番号2のワニスをスピン塗布し、ベーク炉に窒素気流下23℃にて投入後、毎分2℃の速度で昇温し400℃に到達後60分間保持した後取りだした。この際、ベーク炉内の酸素濃度を、10ppm(0.001vol/vol%)、1000ppm(0.1vol/vol%)、10000ppm(1vol/vol%)、20.6vol/vol%(空気)の4種類とした。次いで、銅膜およびポリイミド膜の形成されたクロム膜をウエハから剥離し、この、クロム、銅、ポリイミドの三層の膜から、クロムと銅とをそれぞれウエットエッチングにより除去して、ポリイミドフィルムを得た。
<Experimental example 5>
A chromium film having a thickness of 0.05 μm and a copper film having a thickness of 2 μm were sequentially formed on a silicon wafer (4 inches in diameter) by a sputtering method, and a varnish of varnish number 2 in Table 2 was formed thereon. After spin-coating and throwing into a baking furnace at 23 ° C. under a nitrogen stream, the temperature was raised at a rate of 2 ° C./minute, and after reaching 400 ° C., the temperature was kept for 60 minutes and then taken out. At this time, the oxygen concentration in the baking furnace was adjusted to 4 ppm of 10 ppm (0.001 vol / vol%), 1000 ppm (0.1 vol / vol%), 10,000 ppm (1 vol / vol%), and 20.6 vol / vol% (air). Type. Next, the chromium film on which the copper film and the polyimide film were formed was peeled off from the wafer, and chromium and copper were removed by wet etching from the three-layer film of chromium, copper, and polyimide to obtain a polyimide film. Was.

このようにして得たポリイミドフィルムに含まれる銅の量を、ケイ光X線法により定量した。その結果を図6に曲線61として図示する。この図に示されるように、本実験例から、酸素濃度低い領域ではポリイミド中に銅がほとんど溶出していないが、1vol/vol%を超えると銅の量が急激に増加していることがわかる。従って、ポリイミドを形成するための全温度工程にわたってみた場合にも、酸素濃度の低い雰囲気と、酸性度の低いポリイミド前駆体とを用いることにより、銅とポリイミドとの反応を効果的に抑止することが可能である。図6から、銅とポリイミドとの反応を実用的に抑止するには、0.5vol/vol%以下の酸素濃度に保持することが効果的であることがわかる。   The amount of copper contained in the polyimide film thus obtained was quantified by a fluorescent X-ray method. The result is shown as a curve 61 in FIG. As shown in this figure, from this experimental example, it is understood that copper is hardly eluted in the polyimide in the region where the oxygen concentration is low, but when it exceeds 1 vol / vol%, the amount of copper sharply increases. . Therefore, even when viewed over the entire temperature process for forming the polyimide, by using an atmosphere having a low oxygen concentration and a polyimide precursor having a low acidity, it is possible to effectively suppress the reaction between copper and the polyimide. Is possible. FIG. 6 shows that it is effective to keep the oxygen concentration at 0.5 vol / vol% or less in order to practically suppress the reaction between copper and polyimide.

<比較実験例3>
ワニスとして表3のワニス番号13を用いることの他は、実験例5と同様の実験を行った。その結果を図6に曲線62として示す。この図に示されるように、本比較実験例から、酸性度の高いワニスを用いると酸素濃度を低減してもポリイミド側に銅が大量に溶出してしまうことがわかる。ちなみに、この例で、ベーク時の雰囲気を空気とした場合には、形成されるポリイミド膜が極めて脆く、そのため剥離することが不可能であり銅の定量を行うには至らなかった。
<Comparative experiment example 3>
The same experiment as in Experimental Example 5 was performed, except that varnish number 13 in Table 3 was used as the varnish. The result is shown as a curve 62 in FIG. As shown in this figure, it is understood from this comparative experimental example that when a varnish having a high acidity is used, a large amount of copper is eluted on the polyimide side even when the oxygen concentration is reduced. By the way, in this example, when the atmosphere at the time of baking was air, the polyimide film to be formed was extremely brittle, so it was impossible to peel it off, and it was not possible to quantify copper.

<実験例6>
実験例5で作製したポリイミドフィルムにアルミニウムで電極を形成し、ポリイミド膜の誘電率を測定した。その結果を表4のワニス番号2の欄に示す。なお、ワニス番号2をシリコンウエハ上に直接に塗布して形成したポリイミドの比誘電率は3.1である。この表に示したように、本実験例5の結果から、誘電率は、ベーク雰囲気中の酸素濃度が1vol/vol%以上では大きく上昇してしまうが、1000ppm(vol/vol)までは3.1の正常な値を示すことがわかる。なお、シリコンウエハ上に直接ワニス番号2から形成したポリイミド膜では、空気中でベークしても大きな誘電率の上昇は見られなかったことから、誘電率の上昇原因は、ポリイミド内への銅の溶出が原因であると思われる。この例に見られるように、酸素濃度の低い雰囲気と酸性度の低いポリイミド前駆体を用いることにより、誘電率の上昇を効果的に抑止することが可能である。
<Experimental example 6>
An electrode was formed of aluminum on the polyimide film produced in Experimental Example 5, and the dielectric constant of the polyimide film was measured. The results are shown in the column of varnish number 2 in Table 4. The relative dielectric constant of polyimide formed by directly applying varnish number 2 on a silicon wafer is 3.1. As shown in the table, from the results of Experimental Example 5, the dielectric constant greatly increases when the oxygen concentration in the bake atmosphere is 1 vol / vol% or more, but is not higher than 1000 ppm (vol / vol). It turns out that it shows the normal value of 1. In the case of a polyimide film formed directly from varnish number 2 on a silicon wafer, a large increase in the dielectric constant was not observed even when baked in air. Elution seems to be the cause. As seen from this example, by using an atmosphere having a low oxygen concentration and a polyimide precursor having a low acidity, it is possible to effectively suppress an increase in the dielectric constant.

Figure 2004247744
Figure 2004247744

<比較実験例4>
ワニスとしてワニス番号13を用いたことの他は、実施例5と同様の実験を行った。その結果を表4のワニス番号13の欄に示す。ワニス番号13をシリコンウエハ上に直接に塗布して形成したポリイミドの比誘電率は3.5であるので、この表に示した実験結果から、酸素濃度10ppm(vol/vol)から誘電率が上昇し始め、1vol/vol%を超えると急激に増加することがわかる。実施例5の場合との比較から、ベーク雰囲気の酸素濃度を低く保持しても、酸性度の高いポリイミド前駆体を用いると、誘電率の上昇を抑止することが困難であることが示される。
<Comparative experiment example 4>
The same experiment as in Example 5 was performed except that varnish number 13 was used as the varnish. The results are shown in the column of varnish number 13 in Table 4. Since the relative dielectric constant of polyimide formed by applying varnish number 13 directly on a silicon wafer is 3.5, the dielectric constant increases from an oxygen concentration of 10 ppm (vol / vol) based on the experimental results shown in this table. It can be seen that when the temperature exceeds 1 vol / vol%, it rapidly increases. The comparison with Example 5 shows that it is difficult to suppress an increase in the dielectric constant when a polyimide precursor having a high acidity is used even when the oxygen concentration in the bake atmosphere is kept low.

<実施例1>
本実施例では、表2のワニス番号1のワニスと表2のワニス番号9のワニスとを用いて、銅−ポリイミド系多層配線構造体を作製した。本実施例における銅−ポリイミド系多層配線構造体の製造プロセスを図1に示す。
<Example 1>
In this example, a varnish of varnish number 1 in Table 2 and a varnish of varnish number 9 in Table 2 were used to fabricate a copper-polyimide multilayer wiring structure. FIG. 1 shows a manufacturing process of a copper-polyimide multilayer wiring structure in this embodiment.

(1)まず、内部にタングステン配線22を有するムライト系セラミック基板11(図1(a)に図示、127mm角、3mm厚)を用意した。 (1) First, a mullite ceramic substrate 11 (127 mm square, 3 mm thickness shown in FIG. 1A) having a tungsten wiring 22 therein was prepared.

(2)基板11の配線層を形成する面に、めっき下地膜として、スパッタ法により、クロム層(膜厚0.05μm)と銅層(0.5μm)とを順次形成し、電極層12とした(図1(b))。 (2) A chromium layer (thickness: 0.05 μm) and a copper layer (0.5 μm) are sequentially formed on a surface of the substrate 11 on which a wiring layer is to be formed by a sputtering method as a plating base film. (FIG. 1B).

(3)次いで、電極層12上にポジタイプレジスト13を回転塗布し、窒素雰囲気中90℃で30分加熱した。この時のレジスト13の膜厚は10μmであった(図1(c))。このようにして得たレジスト膜13つきの基板に、所定のマスクで露光、現像、リンス処理を行ない、所定のレジストパターンを得たのち(図1(d))、電気めっき法により銅めっきを行なって、銅の配線層14を得た(図1(e))。めっき液組成はCuSO4/5H2O(70g/l)、H2SO4(140g/l)、HCl(50ppm(wt/vol))であり、電流密度は1.0(A/dm2)、8μm厚の銅を得るための所要時間は35分であった。銅
めっき終了後、水洗し、乾燥を90℃で1時間行なった。
(3) Next, a positive resist 13 was spin-coated on the electrode layer 12 and heated at 90 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. At this time, the film thickness of the resist 13 was 10 μm (FIG. 1C). The substrate with the resist film 13 thus obtained is exposed, developed, and rinsed with a predetermined mask to obtain a predetermined resist pattern (FIG. 1D), and then subjected to copper plating by an electroplating method. Thus, a copper wiring layer 14 was obtained (FIG. 1E). The plating solution composition is CuSO4 / 5H2O (70 g / l), H2SO4 (140 g / l), HCl (50 ppm (wt / vol)), the current density is 1.0 (A / dm2), and 8 μm thick copper is obtained. The time required for this was 35 minutes. After completion of the copper plating, the substrate was washed with water and dried at 90 ° C. for 1 hour.

(4)さらに、(3)の工程(図1(c)〜(e))を繰り返し(図1(f)〜(h))、銅のヴィア配線14aを形成したのち、レジスト13を剥離液にて剥離した(図1(i))。 (4) Further, the steps of (3) (FIGS. 1 (c) to (e)) are repeated (FIGS. 1 (f) to (h)), and after forming the copper via wiring 14a, the resist 13 is stripped. (FIG. 1 (i)).

(5)次いで、めっき下地膜である銅およびクロムのうち、(3),(4)の工程により形成された銅めっき層14,14aに接していない部分を、塩化アンモニウム系エッチング液、および過マンガン酸カリウム系エッチング液にてそれぞれ選択的に除去した(図1(j))。 (5) Then, of the copper and chromium which are the plating base films, the portions not in contact with the copper plating layers 14 and 14a formed in the steps (3) and (4) are replaced with an ammonium chloride-based etching solution and an excess. Each was selectively removed with a potassium manganate-based etching solution (FIG. 1 (j)).

(6)次に、銅と直接に接するポリイミド前駆体として表2のワニス番号1のワニスを回転塗布し、500ppm(vol/vol)の酸素濃度を有する窒素気流下、30℃で加熱炉に投入し、毎分4℃で昇温し、200℃で30分保持後、さらに毎分4℃で昇温し、350℃で60分同様の窒素雰囲気下で加熱して、第1の絶縁膜16を形成した。加熱後の膜厚は5μmであった。なお、本実施例では、第1の絶縁膜16、第2の絶縁膜17、ポリイミド層15の膜厚は、第1の絶縁膜16が、配線14を介さず、直接下の絶縁層(セラミック基板11またはポリイミド層15)に接している箇所で測定した。 (6) Next, a varnish of varnish No. 1 in Table 2 was spin-coated as a polyimide precursor directly in contact with copper, and put into a heating furnace at 30 ° C. under a nitrogen stream having an oxygen concentration of 500 ppm (vol / vol). Then, the temperature is increased at 4 ° C./minute, and maintained at 200 ° C. for 30 minutes, then further increased at 4 ° C./minute, and heated at 350 ° C. for 60 minutes in the same nitrogen atmosphere to form the first insulating film 16. Was formed. The film thickness after heating was 5 μm. In this embodiment, the thickness of the first insulating film 16, the second insulating film 17, and the polyimide layer 15 is such that the first insulating film 16 is directly under the insulating layer (ceramic The measurement was performed at a position in contact with the substrate 11 or the polyimide layer 15).

さらに、低熱膨張性のポリイミドとなる表2のワニス番号9のワニスを回転塗布し、500ppm(vol/vol)の酸素濃度を有する窒素気流下、140℃で加熱炉に投入し60分保持後、毎分4℃で昇温し、200℃で30分保持後、さらに毎分4℃で昇温し、350℃で60分同様の窒素雰囲気下で加熱して、第2の絶縁膜17を形成した。ワニス番号9から加熱により得た部分17の膜厚は13μmであった。   Further, a varnish of varnish No. 9 in Table 2 which becomes a polyimide having low thermal expansion was spin-coated, put into a heating furnace at 140 ° C. under a nitrogen stream having an oxygen concentration of 500 ppm (vol / vol), and held for 60 minutes. The temperature is increased at 4 ° C./minute, and maintained at 200 ° C. for 30 minutes. Then, the temperature is further increased at 4 ° C./minute and heated at 350 ° C. for 60 minutes in the same nitrogen atmosphere to form the second insulating film 17 did. The film thickness of the portion 17 obtained by heating from the varnish number 9 was 13 μm.

このようにして得られた第1の絶縁膜16と第2の絶縁膜17とを合わせたポリイミド膜15全体の膜厚は18μmとなった(図1(k))。   The total thickness of the polyimide film 15 obtained by combining the first insulating film 16 and the second insulating film 17 thus obtained was 18 μm (FIG. 1 (k)).

(7)得られたポリイミド層15の表面を、アルミナ粒子の付着したテープ(#500〜#4000)により研磨し、ポリイミド層15を平坦化して、全ポリイミド膜15の厚さを16μmとした(図1(l))。 (7) The surface of the obtained polyimide layer 15 is polished with a tape (# 500 to # 4000) to which alumina particles are adhered, and the polyimide layer 15 is flattened so that the thickness of all the polyimide films 15 is 16 μm ( FIG. 1 (l)).

(8)さらに、(2)〜(7)の工程(図1(b)〜(l))を3回繰り返し、4層の配線層を有する銅−ポリイミド系多層配線構造体を得た。 (8) Further, the steps (2) to (7) (FIGS. 1 (b) to (l)) were repeated three times to obtain a copper-polyimide multilayer wiring structure having four wiring layers.

以上の工程により得られた多層配線構造体においては、Cuとポリイミドの界面付近にボイドやはがれ、クラック等は無く、全ての配線にわたって良好な電気的導通が得られた。   In the multilayer wiring structure obtained by the above steps, there was no void or peeling near the interface between Cu and polyimide, no cracks, etc., and good electrical conduction was obtained over all wirings.

<実施例2〜4>
第1の絶縁膜(銅表面上に形成されるポリイミド層)16を、表2のワニス番号2、ワニス番号4、ワニス番号6のポリイミド前駆体ワニスをそれぞれ用いて形成し、第2の絶縁膜(第1の絶縁膜上に形成される低熱膨張性ポリイミドによるポリイミド層)17を、表2のワニス番号9のポリイミド前駆体ワニスを用いて形成した他は、実施例1と同様の方法で、5層の配線層を有する銅−ポリイミド系多層配線構造体を得た。ただし、実施例1では、(8)の工程で(2)〜(7)の工程を3回繰り返したが、本実施例7〜9では、4回繰り返した。得られた多層配線構造体においては、Cuとポリイミドの界面付近にボイドやはがれ、クラック等は無く、全ての配線にわたって良好な電気的導通が得られた。
<Examples 2 to 4>
A first insulating film (polyimide layer formed on the copper surface) 16 is formed using a varnish number 2, a varnish number 4, and a varnish number 6 of a polyimide precursor varnish in Table 2, respectively. (Polyimide layer of low thermal expansion polyimide formed on first insulating film) 17 was formed in the same manner as in Example 1, except that polyimide precursor varnish of varnish number 9 in Table 2 was formed. A copper-polyimide multilayer wiring structure having five wiring layers was obtained. However, in Example 1, the steps (2) to (7) were repeated three times in the step (8), whereas in Examples 7 to 9, the steps were repeated four times. In the obtained multilayer wiring structure, there was no void or peeling near the interface between Cu and polyimide, no cracks, etc., and good electrical conduction was obtained over all wirings.

<実施例5〜11>
第1の絶縁膜16を、表2のワニス番号3、ワニス番号5、ワニス番号7、ワニス番号8、ワニス番号14、ワニス番号15、ワニス番号16のポリイミド前駆体ワニスを用いて形成し、第2の絶縁膜17を、表2のワニス番号10のポリイミド前駆体ワニスを用いて形成した他は、実施例7と同様の方法で、5層の配線層を有する銅−ポリイミド系多層配線構造体を得た。完成した多層配線構造体においては、Cuとポリイミドの界面付近にボイドやはがれ、クラック等は無く、全ての配線にわたって良好な電気的導通が得られた。
<Examples 5 to 11>
The first insulating film 16 is formed using a varnish number 3, a varnish number 5, a varnish number 7, a varnish number 8, a varnish number 14, a varnish number 15, and a varnish number 16 shown in Table 2 by using a polyimide precursor varnish. Except that the insulating film 17 of No. 2 was formed using the polyimide varnish of varnish No. 10 in Table 2, a copper-polyimide multilayer wiring structure having five wiring layers was formed in the same manner as in Example 7. Got. In the completed multilayer wiring structure, there were no voids or peeling near the interface between Cu and polyimide, no cracks, etc., and good electrical continuity was obtained over all wirings.

<比較実施例1〜2>
第1の絶縁膜16を、表3のワニス番号11あるいはワニス番号12を用いて形成した他は、実施例1の工程(1)〜(7)と同様にして、配線構造体を製造した。
<Comparative Examples 1-2>
A wiring structure was manufactured in the same manner as in steps (1) to (7) of Example 1 except that the first insulating film 16 was formed using varnish number 11 or varnish number 12 in Table 3.

本比較実施例1,2では、(6)の工程において、配線のCu上にワニス番号11あるいはワニス番号12のポリイミド前駆体ワニスを塗布して、350℃で60分加熱し、第1の絶縁膜16を作成した。この第1の絶縁膜16を顕微鏡により観察したところ、ワニス番号11(比較実施例1)、ワニス番号12(比較実施例2)の何れの場合にも、ポリイミドのCu配線周辺部分が、緑褐色に変色していた。   In Comparative Examples 1 and 2, in the step (6), a polyimide precursor varnish of varnish number 11 or varnish number 12 was applied on Cu of the wiring, and heated at 350 ° C. for 60 minutes to form a first insulating material. A film 16 was formed. When the first insulating film 16 was observed with a microscope, the varnish number 11 (Comparative Example 1) and the varnish number 12 (Comparative Example 2) showed that the periphery of the polyimide Cu wiring was green-brown. Was discolored.

さらに、実施例1と同様に、ワニス番号9のポリイミド前駆体ワニスを塗布し、350℃で60分加熱して、第2の絶縁膜17を形成した。このようにして形成されたポリイミド層15を有する多層配線構造体を顕微鏡により観察したところ、ワニス番号11(比較実施例1)、ワニス番号12(比較実施例2)の何れの場合にも、第1の絶縁膜16と第2の絶縁膜17との間にフクレが見られた。   Further, in the same manner as in Example 1, a polyimide precursor varnish of varnish number 9 was applied and heated at 350 ° C. for 60 minutes to form a second insulating film 17. When the multilayer wiring structure having the polyimide layer 15 thus formed was observed with a microscope, the varnish number 11 (Comparative Example 1) and the varnish number 12 (Comparative Example 2) showed that Swelling was observed between the first insulating film 16 and the second insulating film 17.

この後、工程(7)において、テープ研磨によりポリイミドの平坦化を行ったところ、第1の絶縁膜16とCu配線14との間に溝ができ、剥がれが見られた。これは、ポリイミドへCuが大量に溶出した後に、350℃の高温にさらされたために、ポリイミド膜のCuとの界面を中心とした部分が分解し、界面の接着性が低下したものと考えられる。   Thereafter, in step (7), when the polyimide was flattened by tape polishing, a groove was formed between the first insulating film 16 and the Cu wiring 14, and peeling was observed. This is considered to be due to the fact that after a large amount of Cu was eluted into the polyimide, the polyimide film was exposed to a high temperature of 350 ° C., so that a portion of the polyimide film centered on the interface with Cu was decomposed and the adhesiveness of the interface was reduced. .

<比較実施例3>
第1の絶縁膜16を、表2のワニス番号2のワニスを用いて形成し、さらに、第2の絶縁膜17も、低熱膨張性ポリイミドであるワニス番号9のワニスの代わりにワニス番号2のワニスを用いて作成することの他は、実施例1と同様の方法で多層配線構造体を製造した。




<Comparative Example 3>
The first insulating film 16 is formed using the varnish of varnish No. 2 in Table 2, and the second insulating film 17 is also formed of varnish No. 2 instead of varnish No. 9 which is a low thermal expansion polyimide. A multilayer wiring structure was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the multilayer wiring structure was formed using a varnish.




その結果、ポリイミド膜15を形成後(工程(6))、研磨によりポリイミド膜15を平坦化したところ(工程(7))、銅のヴィア配線14aの周囲にクラックが観察された。その後、スパッタ法によりめっきのための電極12を形成を形成したところ(2回目の工程(2))、クラックの部分で電極12の断線がみられた。さらに、上層配線のめっきを行ったところ(2回目の工程(3))、めっきの生成が起こっていない部分が多数見られた。この段階から、工程を先に進めることができず、この比較実施例では、配線構造体として完成に至らなかった。   As a result, when the polyimide film 15 was formed (step (6)) and then the polyimide film 15 was planarized by polishing (step (7)), cracks were observed around the copper via wiring 14a. Thereafter, when the electrode 12 for plating was formed by a sputtering method (second step (2)), disconnection of the electrode 12 was observed at a crack portion. Furthermore, when plating of the upper layer wiring was performed (second step (3)), many portions where no plating was generated were found. From this stage, the process could not proceed further, and in this comparative example, the wiring structure was not completed.

<実施例12>
実施例1と同様にして4層の配線層14を有する配線構造体を調製し、最上層のヴィア配線14aの露出部分およびその周辺のポリイミド層15表面の上に、クロム(0.05μm)、銅(5μm)、クロム(0.05μm)、ニッケル(2μm)の順にスパッタ法で成膜後、レジストを用いたウエットエッチングでパターンニングして、表面電極25を形成した。さらに、この表面電極25の周囲に、LSIとはんだ接続する際のはんだ広がりを防止するために保護膜26を形成した。保護膜26は、ワニス番号2のポリイミド前駆体ワニスをスピン塗布し、窒素気流中30℃でベーク炉に投入後、毎分4℃で昇温し、400℃に到達後60分間保持して形成した。このとき、ベーク炉内の酸素濃度は0.1vol/vol%であった。得られた配線構造体を図7に示す。このようにして作製した配線構造体の、保護膜26の開口部27を、KrFガスによるエキシマレーザーで加工し、LSIとの接続部とした。保護膜26は良好に形成され、異常は見られなかった。
<Example 12>
A wiring structure having four wiring layers 14 is prepared in the same manner as in Example 1, and chromium (0.05 μm) and chromium (0.05 μm) are formed on the exposed portion of the uppermost via wiring 14 a and the surface of the polyimide layer 15 around the exposed portion. After forming a film by sputtering in the order of copper (5 μm), chromium (0.05 μm), and nickel (2 μm), patterning was performed by wet etching using a resist to form the surface electrode 25. Further, a protective film 26 was formed around the surface electrode 25 in order to prevent the spread of solder at the time of solder connection with the LSI. The protective film 26 is formed by spin-coating a varnish No. 2 polyimide precursor varnish, throwing it into a baking furnace at 30 ° C. in a nitrogen stream, heating at 4 ° C. per minute, and holding for 60 minutes after reaching 400 ° C. did. At this time, the oxygen concentration in the baking furnace was 0.1 vol / vol%. FIG. 7 shows the obtained wiring structure. The opening 27 of the protective film 26 of the wiring structure thus manufactured was processed with an excimer laser using KrF gas to form a connection with the LSI. The protective film 26 was formed well, and no abnormality was observed.

<実施例13>
本実施例では、配線の一部をスパッタリング法によって形成することにより、図1に示した構造と類似の構造の配線構造体を得る。本実施例における製造プロセスを、図14に示す。
<Example 13>
In this embodiment, a part of the wiring is formed by a sputtering method, so that a wiring structure having a structure similar to the structure shown in FIG. 1 is obtained. FIG. 14 shows a manufacturing process in this embodiment.

(1)まず、配線22を備えるセラミック基板11表面に、スパッタリング法によりCrを蒸着させて膜厚0.05μmの第1のCr層132を形成し、この第1のCr層132表面に、スパッタリング法によりCuを主成分とする導体層133(膜厚6μm)を形成し、さらにこのCu層123表面に、スパッタリング法によりCrを蒸着させて膜厚0.05μmの第2のCr層134を形成した(図14(a))。 (1) First, Cr is deposited by a sputtering method on the surface of the ceramic substrate 11 having the wiring 22 to form a first Cr layer 132 having a thickness of 0.05 μm, and the surface of the first Cr layer 132 is formed by sputtering. A conductor layer 133 (thickness: 6 μm) containing Cu as a main component is formed by a method, and Cr is deposited on the surface of the Cu layer 123 by a sputtering method to form a second Cr layer 134 having a thickness of 0.05 μm. (FIG. 14A).

(2)つぎに、ビアを形成する部分136を除く第2のCr層134表面にレジスト層135(膜厚17μm)を形成し(図14(b))、レジストに覆われていない部分136に露出しているCr層134をエッチングにより除去して、下層のCu層134を露出させ、ここに、めっき法によりCuを主成分とするビア配線137(高さ17μm)を形成して(図14(c))、レジスト層135を剥離したのち(図14(d))。なお、めっき方法は、実施例1と同様とした。 (2) Next, a resist layer 135 (having a thickness of 17 μm) is formed on the surface of the second Cr layer 134 except for a portion 136 where a via is to be formed (FIG. 14B). The exposed Cr layer 134 is removed by etching to expose the lower Cu layer 134, and a via wiring 137 (having a height of 17 μm) containing Cu as a main component is formed by plating (FIG. 14). (C)) After removing the resist layer 135 (FIG. 14D). The plating method was the same as in Example 1.

(3)形成されたビア配線137と、レジスト層135の剥離により露出した第2のCr層134表面とを覆うように、感光性レジスト138を塗布し(図14(e))、所定のマスクを介して露光させ、現像して、所定のパターンとしたのち(図14(f))、露出した導体層132〜134をエッチングして除去し(図14(g))、レジスト138を剥離した(図14(h))。 (3) A photosensitive resist 138 is applied so as to cover the formed via wiring 137 and the surface of the second Cr layer 134 exposed by peeling of the resist layer 135 (FIG. 14E), and a predetermined mask After exposure and development to form a predetermined pattern (FIG. 14 (f)), the exposed conductor layers 132 to 134 were removed by etching (FIG. 14 (g)), and the resist 138 was removed. (FIG. 14 (h)).

(4)残った導体層132〜134とビア配線137と基板11表面とを覆うように、表2のワニス番号2のワニスを回転塗布したのち、70℃の加熱炉中に入れ、酸素濃度100ppm(vol/vol)の窒素気流下で、毎分2℃で昇温させ、350℃に達したら350℃のまま60分保持したのち、冷却した。これにより、図14(i)に示すように、膜厚6μmの第1のポリイミド膜139が形成された。 (4) A varnish of varnish No. 2 in Table 2 is spin-coated so as to cover the remaining conductor layers 132 to 134, the via wiring 137, and the surface of the substrate 11, and then placed in a heating furnace at 70 ° C. and an oxygen concentration of 100 ppm. In a (vol / vol) nitrogen stream, the temperature was raised at 2 ° C. per minute. When the temperature reached 350 ° C., the temperature was maintained at 350 ° C. for 60 minutes, and then cooled. Thus, as shown in FIG. 14I, a first polyimide film 139 having a thickness of 6 μm was formed.

(5)得られた第1のポリイミド膜139の表面に、表2のワニス番号9のワニスを回転塗布し、酸素濃度100ppm(vol/vol)の窒素気流下で、140℃の加熱炉中に入れ、140℃で60分保持したのち、毎分4℃で昇温し、200℃に達したら、200℃のまま60分保持し、その後、さらに毎分4℃で昇温し、350℃に達したら、350℃のまま60分保持して、冷却した。これにより、図14(j)に示すように、膜厚14μmの第2のポリイミド膜140が形成され、2層構造の絶縁膜131が得られた。得られた絶縁膜131の膜厚は、20μmであった。 (5) The varnish of varnish No. 9 in Table 2 was spin-coated on the surface of the obtained first polyimide film 139, and placed in a heating furnace at 140 ° C. under a nitrogen stream having an oxygen concentration of 100 ppm (vol / vol). After holding at 140 ° C. for 60 minutes, the temperature was raised at 4 ° C./min. When it reached, it was kept at 350 ° C. for 60 minutes and cooled. As a result, as shown in FIG. 14J, a second polyimide film 140 having a thickness of 14 μm was formed, and an insulating film 131 having a two-layer structure was obtained. The thickness of the obtained insulating film 131 was 20 μm.

(6)最後に、実施例1と同様の方法により、絶縁膜131を、膜厚が18μmになるまで研磨して平坦化し、図14(k)に示すように、ビア配線の頂部を露出させた。 (6) Finally, the insulating film 131 is polished and flattened by a method similar to that of the first embodiment until the film thickness becomes 18 μm, and as shown in FIG. Was.

さらに、上述の(1)〜(6)の工程を3回繰り返すことにより、4層の配線層を有する銅−ポリイミド系多層配線構造体を得た。得られた多層配線構造体においては、銅とポリイミドとの界面付近にボイドや剥がれ、クラック等は検出されず、すべての配線にわたって良好な電気的導通が得られた。   Further, the above steps (1) to (6) were repeated three times to obtain a copper-polyimide multilayer wiring structure having four wiring layers. In the obtained multilayer wiring structure, voids, peeling, cracks and the like were not detected near the interface between copper and polyimide, and good electrical continuity was obtained over all wirings.

<比較実施例4>
保護膜26を形成するためのポリイミド前駆体として表3のワニス番号11を用いることの他は、実施例11と同様にして配線構造体を作製した。ワニス番号11を塗布しベーク後、取りだして観察したところ、電極25の側壁の部分でポリイミド膜26が褐色に変色している部分とフクレが発生している部分とが見られた。次いで、保護膜26の開口部27をKrFガスによるエキシマレーザーで加工したところ、電極25の端部にポリイミド層26が剥がれている箇所が見られた。これは、電極25の端部の側壁でポリイミド前駆体と銅が反応した結果であると考えられる。
<Comparative Example 4>
A wiring structure was produced in the same manner as in Example 11, except that varnish number 11 in Table 3 was used as a polyimide precursor for forming protective film 26. After varnish number 11 was applied and baked, it was taken out and observed. As a result, a portion of the side wall of the electrode 25 where the polyimide film 26 turned brown and a portion where blisters were generated were observed. Next, when the opening 27 of the protective film 26 was processed by an excimer laser using KrF gas, a place where the polyimide layer 26 was peeled off at the end of the electrode 25 was found. This is considered to be a result of the reaction between the polyimide precursor and copper on the side wall at the end of the electrode 25.

実施例1のCu−ポリイミド多層配線構造体の製造プロセスを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the Cu-polyimide multilayer wiring structure of Example 1. 実験例1における、銅とポリイミド前駆体との反応性を示すグラフである。4 is a graph showing the reactivity between copper and a polyimide precursor in Experimental Example 1. 実験例2における、銅とポリイミド前駆体との反応性を示すグラフである。9 is a graph showing the reactivity between copper and a polyimide precursor in Experimental Example 2. 比較実験例1における、銅とポリイミド前駆体との反応性を示すグラフである。3 is a graph showing the reactivity between copper and a polyimide precursor in Comparative Experimental Example 1. ポリイミド膜に溶出した銅の濃度分布のSIMSによる観測結果を示すグラフおよび観測対象の部分断面図である。It is the graph which shows the observation result by SIMS of the concentration distribution of the copper eluted in the polyimide film, and the partial sectional view of the observation object. ポリイミド膜に溶出した銅の量のケイ光X線法による測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the amount of copper eluted in the polyimide film by the fluorescent X-ray method. 実施例12において製造した多層配線構造体の部分断面図である。FIG. 21 is a partial cross-sectional view of a multilayer wiring structure manufactured in Example 12. 従来技術の配線構造体の断面図である。It is sectional drawing of the wiring structure of a prior art. ポリイミドの膜厚と溶出したCuの濃度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the thickness of polyimide and the concentration of eluted Cu. 本発明の配線基板の構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the wiring board of this invention. 本発明の多層配線基板の構造例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structural example of a multilayer wiring board of the present invention. 本発明の多層基板の構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the multilayer substrate of this invention. 実施例3における、銅とポリイミド前駆体との反応性を示すグラフである。6 is a graph showing the reactivity between copper and a polyimide precursor in Example 3. 実施例13における多層配線構造体の製造プロセスを示す説明図である。FIG. 37 is an explanatory diagram illustrating the manufacturing process of the multilayer wiring structure in the thirteenth embodiment.

符号の説明Explanation of reference numerals

1…基板、2…配線、3…ヴィア配線、4…ポリイミド膜、11…セラミック基板、12…電極層、13…フォトレジスト、14…銅配線、14a…ヴィア配線、15…ポリイミド膜、16…第1の絶縁膜、17…第2の絶縁膜、22…タングステン配線、25…表面電極、26…保護膜、27…開口部、100…スルーホール部、101…絶縁層、102,103…配線層、104…ポリイミド層、105…ビアパッド、106…ビア、107…絶縁層、110…絶縁層、110a…第1の絶縁層、110b…第2の絶縁層、110c…第3の絶縁層、111…セラミック配線基板、112…薄膜多層配線基板、113,113a,113b,113c…ビア、114…整合層、115,115a,115b…ビアパッド、116,116a,116b…配線、117…第1のポリイミド膜、117a…第1の絶縁層の第1のポリイミド膜、117b…第2の絶縁層の第1のポリイミド膜、117c…第3の絶縁層の第1のポリイミド膜、118……第2のポリイミド膜、118a…第1の絶縁層の第2のポリイミド膜、118b…第2の絶縁層の第2のポリイミド膜、118c…第3の絶縁層の第2のポリイミド膜、119…導体配線、120…絶縁層、121…金属層、122…第1の絶縁層、123,127…表面電極、124…第2の絶縁層、125…はんだ、126…入出力ピン、131…絶縁層、132…第1のCr層、133…Cu層、134…第2のCr層、135…レジスト層、136…ビア形成部、137…ビア、138…感光性レジスト層、139…第1のポリイミド膜、140…第2のポリイミド膜。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... board | substrate, 2 ... wiring, 3 ... via wiring, 4 ... polyimide film, 11 ... ceramic substrate, 12 ... electrode layer, 13 ... photoresist, 14 ... copper wiring, 14a ... via wiring, 15 ... polyimide film, 16 ... First insulating film, 17 second insulating film, 22 tungsten wiring, 25 surface electrode, 26 protective film, 27 opening, 100 through hole, 101 insulating layer, 102, 103 wiring Layer: 104: polyimide layer, 105: via pad, 106: via, 107: insulating layer, 110: insulating layer, 110a: first insulating layer, 110b: second insulating layer, 110c: third insulating layer, 111 ... ceramic wiring board, 112 ... thin film multilayer wiring board, 113, 113a, 113b, 113c ... via, 114 ... matching layer, 115, 115a, 115b ... via pad, 116, 116 , 116b: wiring, 117: first polyimide film, 117a: first polyimide film of the first insulating layer, 117b: first polyimide film of the second insulating layer, 117c: third of the third insulating layer 1 polyimide film, 118... Second polyimide film, 118 a... Second polyimide film of the first insulating layer, 118 b. Second polyimide film of the second insulating layer, 118 c. Second polyimide film, 119: conductor wiring, 120: insulating layer, 121: metal layer, 122: first insulating layer, 123, 127: surface electrode, 124: second insulating layer, 125: solder, 126 ... Input / output pins, 131: insulating layer, 132: first Cr layer, 133: Cu layer, 134: second Cr layer, 135: resist layer, 136: via forming portion, 137: via, 138: photosensitive resist Layer, 139 ... first Polyimide film, 140 ... second polyimide film.

Claims (24)

配線層と絶縁層とを有する配線構造体において、
上記配線層の配線は、少なくとも一部が銅からなり、
上記絶縁層の少なくとも一部は、下記一般式(化1)で表される繰返し単位を有する第1のポリイミドからなることを特徴とする配線構造体。
Figure 2004247744
(式中、R1は、(化2)
Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の4価の有機基であり、R2は芳香環を含む2価の
有機基である。)
In a wiring structure having a wiring layer and an insulating layer,
The wiring of the wiring layer is at least partially made of copper,
At least a part of the insulating layer is made of a first polyimide having a repeating unit represented by the following general formula (Formula 1).
Figure 2004247744
(Wherein R1 is
Figure 2004247744
And R2 is a divalent organic group containing an aromatic ring. )
請求項1において、
上記R2は、下記(化3)から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基である
ことを特徴とする配線構造体。
Figure 2004247744




In claim 1,
R2 is at least one divalent organic group selected from the following (Chemical Formula 3).
Figure 2004247744




請求項1において、
上記ポリイミドは、少なくとも、ポリイミド前駆体と塩基性化合物とを含むポリイミド前駆体組成物を加熱硬化させて得られるものであることを特徴とする配線構造体。
In claim 1,
A wiring structure, wherein the polyimide is obtained by heating and curing a polyimide precursor composition containing at least a polyimide precursor and a basic compound.
配線層と絶縁層とを有する配線構造体において、
上記配線層の配線は、少なくとも一部が銅からなり、
上記絶縁層の少なくとも一部は、少なくとも、ポリイミド前駆体と塩基性化合物とを含むポリイミド前駆体組成物を加熱硬化させて得られる第1のポリイミドからなることを特徴とする配線構造体。
In a wiring structure having a wiring layer and an insulating layer,
The wiring of the wiring layer is at least partially made of copper,
A wiring structure, wherein at least a part of the insulating layer is made of a first polyimide obtained by heating and curing a polyimide precursor composition containing at least a polyimide precursor and a basic compound.
請求項3または4において、
上記塩基性化合物は、下記(化4)から選ばれる少なくとも一種のアミン化合物であることを特徴とする配線構造体。




































Figure 2004247744
In claim 3 or 4,
The wiring structure, wherein the basic compound is at least one amine compound selected from the following (Chemical Formula 4).




































Figure 2004247744
請求項3または4において、
上記ポリイミド前駆体組成物は、上記ポリイミド前駆体のカルボキシル基1個に対して、1分子以上の上記塩基性化合物を含むことを特徴とする配線構造体。
In claim 3 or 4,
The wiring structure, wherein the polyimide precursor composition contains one or more molecules of the basic compound for one carboxyl group of the polyimide precursor.
請求項1または4において、
上記絶縁層は、上記配線層上に形成される第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に形成される第2の絶縁膜とを、少なくとも備え、
上記第1の絶縁膜は、上記第1のポリイミドからなり、
上記第2の絶縁膜は、上記第1のポリイミドより熱膨張係数の小さい第2のポリイミドからなることを特徴とする配線構造体。
In claim 1 or 4,
The insulating layer includes at least a first insulating film formed on the wiring layer, and a second insulating film formed on the first insulating film;
The first insulating film is made of the first polyimide,
The wiring structure, wherein the second insulating film is made of a second polyimide having a smaller coefficient of thermal expansion than the first polyimide.
請求項1または4において、
上記の絶縁膜の厚さは、6.5μm以下であることを特徴とする配線構造体。
In claim 1 or 4,
A wiring structure, wherein the thickness of the insulating film is 6.5 μm or less.
請求項7において、
上記第1の絶縁膜の厚さは、6.5μm以下であることを特徴とする配線構造体。
In claim 7,
The wiring structure, wherein the thickness of the first insulating film is 6.5 μm or less.
請求項7において、
上記第2の絶縁膜の厚さは、上記第1の絶縁膜より厚いことを特徴とする配線構造体。
In claim 7,
A wiring structure, wherein the thickness of the second insulating film is larger than the thickness of the first insulating film.
請求項7において、
上記第2のポリイミドは、
下記一般式(化5)で表される繰返し単位と、下記一般式(化6)で表される繰り返し単位とを有し、一分子中に含まれる、一般式(化5)で表わされる繰返し単位の数と一般式(化6)で表される繰り返し単位の数との合計を100としたときの、一般式(化5)で表される繰り返し単位の数は95未満であり、一般式(化6)で表される繰り返し単位の数は5以上であることを特徴とする配線構造体。
Figure 2004247744
Figure 2004247744
(式中、R3は下記(化7)
Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の4価の有機基であり、R4は下記(化8)
Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基であり、R5は下記(化9)






































Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基である。)
In claim 7,
The second polyimide,
It has a repeating unit represented by the following general formula (Chemical formula 5) and a repeating unit represented by the following general formula (Chemical formula 6), and is contained in one molecule and represented by the general formula (Chemical formula 5). When the sum of the number of units and the number of repeating units represented by the general formula (Formula 6) is 100, the number of repeating units represented by the general formula (Formula 5) is less than 95, and A wiring structure, wherein the number of repeating units represented by (Formula 6) is 5 or more.
Figure 2004247744
Figure 2004247744
(Wherein, R3 is the following (Chemical Formula 7)
Figure 2004247744
And at least one tetravalent organic group selected from the group consisting of
Figure 2004247744
And at least one divalent organic group selected from the group consisting of






































Figure 2004247744
At least one divalent organic group selected from )
請求項7において、
上記第2のポリイミドは、
下記一般式(化10)で表される繰返し単位と、下記一般式(化11)で表される繰り返し単位とを有し、一分子中に含まれる、一般式(化10)で表わされる繰返し単位の数と一般式(化11)で表される繰り返し単位の数との合計を100としたときの、一般式(化10)で表される繰り返し単位の数が85〜50であり、一般式(化11)で表される繰り返し単位の数は50〜15であることを特徴とする配線構造体。
Figure 2004247744















Figure 2004247744
(式中、R3は下記(化7)
Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の4価の有機基であり、R6は下記(化12)
Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基であり、R7は下記(化13)
Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基である。)
In claim 7,
The second polyimide,
It has a repeating unit represented by the following general formula (Chemical formula 10) and a repeating unit represented by the following general formula (Chemical formula 11), and is contained in one molecule and represented by the general formula (Chemical formula 10). When the sum of the number of units and the number of repeating units represented by the general formula (Formula 11) is 100, the number of repeating units represented by the general formula (Formula 10) is 85 to 50, and A wiring structure, wherein the number of repeating units represented by the formula (Formula 11) is 50 to 15.
Figure 2004247744















Figure 2004247744
(Wherein, R3 is the following (Chemical Formula 7)
Figure 2004247744
Wherein R6 is at least one tetravalent organic group selected from
Figure 2004247744
Wherein at least one divalent organic group selected from the group consisting of
Figure 2004247744
At least one divalent organic group selected from )
配線層と絶縁層とを有する配線構造体の製造法において、
少なくとも一部が銅からなる配線層を形成する工程と、
上記配線層上に、下記一般式(化1)で表される繰返し単位を有する第1のポリイミドの前駆体を含む第1のポリイミド前駆体組成物の層である第1のポリイミド前駆体層を形成する工程と、
上記第1のポリイミド前駆体層を加熱し、第1のポリイミド層を形成する第1のポリイミド層形成工程とを有する配線構造体の製造法。

















Figure 2004247744
(式中、R1は、(化2)
Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の4価の有機基であり、R2は芳香環を含む2価の
有機基である。)
In a method for manufacturing a wiring structure having a wiring layer and an insulating layer,
Forming a wiring layer at least partially made of copper,
On the wiring layer, a first polyimide precursor layer, which is a layer of a first polyimide precursor composition containing a first polyimide precursor having a repeating unit represented by the following general formula (Formula 1), Forming,
Heating the first polyimide precursor layer to form a first polyimide layer.

















Figure 2004247744
(Wherein R1 is
Figure 2004247744
And R2 is a divalent organic group containing an aromatic ring. )
請求項13において、
上記R2は、下記(化3)から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基である
ことを特徴とする配線構造体の製造法。






















Figure 2004247744





In claim 13,
R2 is at least one divalent organic group selected from the following (Chemical Formula 3).






















Figure 2004247744





請求項13において、
上記第1のポリイミド前駆体組成物は、塩基性化合物をさらに含むことを特徴とする配線構造体の製造法。
In claim 13,
The method for producing a wiring structure, wherein the first polyimide precursor composition further comprises a basic compound.
配線層と絶縁層とを有する配線構造体の製造法において、
少なくとも一部が銅からなる配線層を形成する工程と、
上記配線層上に、ポリイミド前駆体と塩基性化合物とを含む第1のポリイミド前駆体を含む第1のポリイミド前駆体組成物の層である第1のポリイミド前駆体層を形成する工程と、
上記第1のポリイミド前駆体層を加熱し、第1のポリイミド層を形成する第1のポリイミド層形成工程とを有する配線構造体の製造法。
In a method for manufacturing a wiring structure having a wiring layer and an insulating layer,
Forming a wiring layer at least partially made of copper,
Forming a first polyimide precursor layer, which is a layer of a first polyimide precursor composition including a first polyimide precursor including a polyimide precursor and a basic compound, on the wiring layer;
Heating the first polyimide precursor layer to form a first polyimide layer.
請求項13または16において、
上記第1のポリイミド前駆体層を形成する工程は、
酸素濃度が0.5v/v%以下の雰囲気下で行なわれることを特徴とする配線構造体の製造法。
In claim 13 or 16,
The step of forming the first polyimide precursor layer,
A method for manufacturing a wiring structure, wherein the method is performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 0.5 v / v% or less.
請求項15または16において、
上記塩基性化合物は、下記(化4)から選ばれる少なくとも一種のアミン化合物であることを特徴とする配線構造体の製造法。





























Figure 2004247744
In claim 15 or 16,
The method for producing a wiring structure, wherein the basic compound is at least one amine compound selected from the following (Chemical Formula 4).





























Figure 2004247744
請求項13または16において、
上記第1のポリイミド層形成工程の後に、
上記第1のポリイミド層表面に、上記第1のポリイミドよりも熱膨張係数の小さい第2のポリイミドの前駆体を含む第2のポリイミド前駆体組成物の層である第2のポリイミド前駆体層を形成する工程と、
上記第2のポリイミド前駆体層を加熱し、第2のポリイミド層を形成する第2のポリイミド層形成工程とを有する配線構造体の製造法。
In claim 13 or 16,
After the first polyimide layer forming step,
On the surface of the first polyimide layer, a second polyimide precursor layer, which is a layer of a second polyimide precursor composition containing a precursor of the second polyimide having a smaller coefficient of thermal expansion than the first polyimide, Forming,
A second polyimide layer forming step of heating the second polyimide precursor layer to form a second polyimide layer.
請求項19において、
上記第2のポリイミドは、
下記一般式(化5)で表される繰返し単位と、下記一般式(化6)で表される繰り返し単位とを有し、一般式(化5)で表わされる繰返し単位の数と一般式(化6)で表される繰り返し単位の数との合計を100としたときの、一般式(化5)で表される繰り返し単位の数は95未満であり、一般式(化6)で表される繰り返し単位の数は5以上であることを特徴とする配線構造体の製造法。
Figure 2004247744
Figure 2004247744
(式中、R3は下記(化7)
























Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の4価の有機基であり、R4は下記(化8)
Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基であり、R5は下記(化9)
Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基である。)
In claim 19,
The second polyimide,
It has a repeating unit represented by the following general formula (Chemical formula 5) and a repeating unit represented by the following general formula (Chemical formula 6), and the number of the repeating units represented by the general formula (Chemical formula 5) and the general formula ( When the sum of the number of repeating units represented by Chemical Formula 6) and the number of repeating units represented by Chemical Formula 6 is 100, the number of repeating units represented by General Formula (Formula 5) is less than 95, and is represented by General Formula (Formula 6). Wherein the number of repeating units is 5 or more.
Figure 2004247744
Figure 2004247744
(Wherein, R3 is the following (Chemical Formula 7)
























Figure 2004247744
And at least one tetravalent organic group selected from the group consisting of
Figure 2004247744
And at least one divalent organic group selected from the group consisting of
Figure 2004247744
At least one divalent organic group selected from )
請求項19において、
上記第2のポリイミド前駆体は、
下記一般式(化10)で表される繰返し単位と、下記一般式(化11)で表される構造を繰り返し単位とを有し、一般式(化10)で表わされる繰返し単位の数と一般式(化11)で表される繰り返し単位の数との合計を100としたときの、一般式(化10)で表される繰り返し単位の数は85〜50であり、一般式(化11)で表される繰り返し単位の数は50〜15であることを特徴とする配線構造体の製造法。
Figure 2004247744
Figure 2004247744
(式中、R3は下記(化7)
Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の4価の有機基であり、R6は下記(化12)






















Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基であり、R7は下記(化13)


























Figure 2004247744
から選ばれる少なくとも一種の2価の有機基である。)
In claim 19,
The second polyimide precursor,
It has a repeating unit represented by the following general formula (Chemical formula 10) and a repeating unit having a structure represented by the following general formula (Chemical formula 11). When the sum of the number of the repeating units represented by the formula (Formula 11) and the number of the repeating units is 100, the number of the repeating units represented by the formula (Formula 10) is 85 to 50, and the formula (Formula 11) Wherein the number of repeating units represented by is from 50 to 15.
Figure 2004247744
Figure 2004247744
(Wherein, R3 is the following (Chemical Formula 7)
Figure 2004247744
Wherein R6 is at least one tetravalent organic group selected from






















Figure 2004247744
Wherein R7 is at least one divalent organic group selected from


























Figure 2004247744
At least one divalent organic group selected from )
請求項13または16において、
上記第1のポリイミド前駆体層を形成する工程は、上記第1のポリイミド層の膜厚が、6.5μm以下になるような厚さに、上記第1のポリイミド前駆体層を形成する工程であることを特徴とする配線構造体の製造法。
In claim 13 or 16,
The step of forming the first polyimide precursor layer is a step of forming the first polyimide precursor layer to a thickness such that the film thickness of the first polyimide layer is 6.5 μm or less. A method for manufacturing a wiring structure, comprising:
少なくとも一部が銅からなる配線と、ポリイミドからなる絶縁層とを有する配線構造体において、
上記絶縁層への銅の拡散を阻止する、有機高分子化合物からなる拡散阻止層を有し、
上記配線の少なくとも一部は、上記拡散阻止層に覆われていることを特徴とする配線構造体。













In a wiring structure having at least a part of a wiring made of copper and an insulating layer made of polyimide,
Inhibiting the diffusion of copper to the insulating layer, having a diffusion blocking layer made of an organic polymer compound,
A wiring structure, wherein at least a part of the wiring is covered with the diffusion blocking layer.













配線層と絶縁層とを有する配線構造体の製造法において、
少なくとも一部が銅からなる配線を形成する工程と、
上記配線の露出部分を覆うように、有機高分子化合物からなる拡散阻止層を形成する工程と、
上記拡散阻止層の表面に、ポリイミドからなる絶縁層を形成する工程とを有する配線構造体の製造法。
In a method for manufacturing a wiring structure having a wiring layer and an insulating layer,
Forming a wiring at least partially made of copper,
Forming a diffusion blocking layer made of an organic polymer compound so as to cover the exposed portion of the wiring,
Forming an insulating layer made of polyimide on the surface of the diffusion blocking layer.
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