JP2005243861A

JP2005243861A - 高周波モジュール基板の製造方法

Info

Publication number: JP2005243861A
Application number: JP2004050672A
Authority: JP
Inventors: Hisaomi Yamashita; 寿臣山下
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】受動素子の剥れを抑制し、素子形成の安定化を図ることができる高周波モジュール基板の製造方法を提供する。
【解決手段】有機基板１の表面に形成されたシリコンを含有する絶縁層２にビアホール１６を形成し、ビアホールの形成後、絶縁膜をフッ酸が含まれる溶液で表面処理する。次に、絶縁層の上層に受け電極６を形成し、受け電極の形成後、絶縁層をフッ酸が含まれる溶液で表面処理する。その後、受け電極の上層に抵抗体７を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は高周波モジュール基板の製造方法に関する。詳しくは、有機系絶縁膜をフッ素系の酸で表面処理し、有機系絶縁膜表面に形成されたＳｉＯ系の酸化膜を除去することによって、受動素子の剥れを抑制しようとした高周波モジュール基板の製造方法に係るものである。

近年、音楽、音声、画像等の各種情報は、データのデジタル化に伴ってパーソナルコンピュータやモバイルコンピュータ等によっても手軽に取り扱える様になってきており、これらの情報は音声コーディック技術や画像コーディック技術により帯域圧縮が図られて、デジタル通信やデジタル放送により各種の通信端末機器に対して容易にかつ効率的に配信される環境が整いつつある。

ここで、データ等の送受信システムは、家庭を始めとして小規模な地域内においても好適なネットワークシステムの提案によって様々に活用されるようになっており、ネットワークシステムとしては、例えばＩＥＥＥ８０２．１ａで提案されているような５ＧＨｚ帯域の狭域無線通信システム、ＩＥＥＥ８０２．１ｂで提案されているような２．４５ＧＨｚ帯域の無線ＬＡＮシステム、Ｂｌｕｅｔｏｏｈと称される近距離無線通信システム等の種々の次世代ワイヤレスシステムが注目されている。なお、データ等の送受信システムは、これらのワイヤレスネットワークシステムを有効に利用して、家庭内や屋外等の様々な場所において手軽にかつ中継装置等を介することなく様々なデータの授受、インターネット網へのアクセスやデータの送受信が可能となる。

一方、データ等の送受信システムにおいては、小型軽量で携帯可能であり上述した通信機能を有する通信端末機の実現が求められ、従来、ベース基板上に高精度の受動素子や高密度配線層を形成して高精度化及び薄型化、小型化、低価格化を図り、特に周波数帯域に応じてインダクタ素子の機能特性がそれぞれに発揮される様にする高周波モジュール基板が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

以下、図面を用いて従来の高周波モジュール基板の製造方法について説明する。
従来の高周波モジュール基板の製造方法では、図５（ａ）で示す様に、先ず、有機基板１０１の上層に低誘電率で低いＴａｎδ、即ち高周波特性に優れかつ耐熱性や耐薬品性及び少なくとも１６０℃以上の高耐熱性に優れたベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド、ポリノルボルネン（ＰＮＢ）、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ビスマレイドトリアジン（ＢＴ−レジン）、ポリフェニールエチレン（ＰＰＥ）やエポキシ樹脂やアクリル系樹脂等の有機基材である絶縁性誘電材を塗布均一性、厚み制御性が保持できるスピンコート法、カーテンコート法、ロールコート法、ディップコート法等を用いて成膜して絶縁層１０２を形成し、続いて、図５（ｂ）で示す様に絶縁層に多数のビアホール１０３を形成する。

なお、絶縁層には、成膜性を考慮してぬれ性を向上させるべく、またキャパシタとして用いるための誘電率が要求されるためにシリコンを含有している。

続いて、絶縁層にＴｉ等のバリア層（図示せず）を形成し、このバリア層の上にＣｕ等の金属薄膜をスパッタ法等によって形成した後に、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて図５（ｃ）で示す様に抵抗体素子部の受電極１０４及びキャパシタ素子部の下電極１０５を成膜形成する。

次に、図５（ｄ）で示す様に、絶縁層の上層に受電極及び下電極を被覆する様に、抵抗体として作用すると共に陽極酸化処理を施すことによって誘電体膜のベースとして作用する窒化タンタル層１０６をスパッタ法等によって成膜形成する。

次に、図６（ｅ）で示す様に、キャパシタ素子部の下電極を開口部１０７によって外方に臨ませその他の部位を被覆する陽極酸化用マスク層１０８を形成した後に陽極酸化処理を施して開口部から露出したキャパシタ素子部の下電極に対応する窒化タンタル層を選択的に陽極酸化して酸化タンタル誘電体層１０９を得た後に、全面に成膜形成されている窒化タンタル層に汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を施すことによって図６（ｆ）で示す様に、所望の抵抗体素子部とキャパシタ素子部の大きさにパターニングを行う。

続いて、めっき法、スパッタ法等によって高周波帯域において損失の小さいＣｕ等のシードメタル層をＴｉ等のバリア層（図示せず）を介して絶縁層の上層に抵抗体素子部とキャパシタ素子部を被覆する様に成膜し、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、配線を形成する領域及びキャパシタ上電極を形成する領域を開口部によって外方に臨ませその他の部位を被覆する配線形成用マスク層（図示せず）を形成した後に開口部から露出したシードメタル層を成長させる。次に、配線形成用マスク層及び配線を形成する領域及びキャパシタ上電極を形成する領域以外に成膜したシードメタル層をウェットエッチング法によって除去することによって、図６（ｇ）で示す様な配線１１０及びキャパシタ上電極１１１を形成する。その後、高周波用インダクタント素子部１１２を形成し、必要に応じて更に第２層目となる絶縁層、受電極及び下電極等を形成することによって高周波モジュール基板を得ることができる

特開２００２−３６８４２８号公報

しかしながら、上記した様な高周波モジュール基板の製造方法では、素子形成プロセスにおいて絶縁性誘電材の表面にＳｉＯ系の酸化膜が形成され、このＳｉＯ系の酸化膜がキャパシタ素子や抵抗素子等の受動素子が剥れてしまう原因となっている。

即ち、例えば、絶縁層にビアホールを形成する場合において、絶縁層の露光及び現像処理だけでは充分にビアホールが形成されない場合があるために、現像処理の後にＣＦ_４系やＯ_２系のガスを用いた開口処理を施す場合があるが、かかる開口処理によって絶縁層（絶縁性誘電材）の表面にＳｉＯ系の酸化膜が形成され、受動素子が剥れてしまう原因となる。
また、例えば、抵抗体素子部の受電極やキャパシタ素子部の下電極を形成する際に使用したレジストを除去する際には、ＣＦ_４系やＯ_２系のガスを用いたレジスト除去処理を施す場合があるが、かかるレジスト除去処理によって絶縁層（絶縁性誘電材）の表面にＳｉＯ系の酸化膜が形成され、受動素子が剥れてしまう原因となる。

本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、受動素子の剥れを抑制し、素子形成の安定化を図ることができる高周波モジュール基板の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る高周波モジュール基板の製造方法は、基板の表面にシリコンを含有する有機系絶縁膜を形成する工程と、該有機系絶縁膜に所定の開口部を形成する工程と、前記有機系絶縁膜の上層に第１の電極を形成する工程と、該第１の電極の上層に抵抗体を形成し、或いは前記第１の電極の上層に誘電体を介して第２の電極を形成する工程を備える高周波モジュール基板の製造方法において、前記開口部の形成後、前記有機系絶縁膜をフッ素系の酸で表面処理している。

ここで、開口部の形成後、有機系絶縁膜をフッ素系の酸で表面処理することによって、開口部を形成する際に有機系絶縁膜の表面が酸化されて形成された酸化膜を除去することができる。

また、本発明に係る高周波モジュール基板の製造方法は、基板の表面にシリコンを含有する有機系絶縁膜を形成する工程と、該有機系絶縁膜に所定の開口部を形成する工程と、前記有機系絶縁膜の上層に第１の電極を形成する工程と、該第１の電極の上層に抵抗体を形成し、或いは前記第１の電極の上層に誘電体を介して第２の電極を形成する工程を備える高周波モジュール基板の製造方法において、前記第１の電極の形成後、前記有機系絶縁膜をフッ素系の酸で表面処理している。

ここで、第１の電極の形成後、有機系絶縁膜をフッ素系の酸で表面処理することによって、第１の電極を形成する際に、有機系絶縁膜の表面が酸化されて形成された酸化膜を除去することができる。

上記した本発明を適用した高周波モジュール基板の製造方法では、キャパシタ素子や抵抗体といった受動素子と基板の表面に形成された有機系絶縁膜との密着性を向上させることができるために、密着不良による受動素子剥れに起因する高周波モジュール基板の内蔵素子特性不良を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１及び図２は本発明を適用した抵抗体素子が形成された高周波モジュール基板の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。図３は、オージェ電子分光装置（ＡＥＳ：Auger Electron Spectrometer）を用いて測定した絶縁層中のＣ成分、Ｓｉ成分及びＯ成分のデプスプロファイルを示しており、図３（ａ）はドライ表面処理を行う前の絶縁層を測定した場合、図３（ｂ）はドライ表面処理を行った後の絶縁層を測定した場合、図３（ｃ）はフッ酸によるウェットエッチング処理を行った後の絶縁層を測定した場合のデプスプロファイルを示している。

本発明を適用した抵抗体素子が形成された高周波モジュール基板の製造方法では、上記した従来の高周波モジュール基板の製造方法と同様にして、図１（ａ）で示す様に、有機基板１の上層に低誘電率で低いＴａｎδ、即ち高周波特性に優れかつ耐熱性や耐薬品性及び少なくとも１６０℃以上の高耐熱性に優れたベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコート法により成膜して絶縁層２を形成する。
なお、絶縁層には、上記した様に、成膜性を考慮してぬれ性を向上させるべくシリコンを含有している。

ここで、絶縁層は、低誘電率で低いＴａｎδ、即ち高周波特性に優れかつ耐熱性や耐薬品性及び少なくとも１６０℃以上の高耐熱性に優れていれば良く、必ずしもＢＣＢである必要は無く、ポリイミド、ＰＮＢ、ＬＣＰ、ＢＴ−レジン、ＰＰＥやエポキシ樹脂やアクリル系樹脂等の有機基材である絶縁性誘電材であれば良い。
また、絶縁層の成膜方法は、塗布均一性、厚み制御性が保持できるのであれば、必ずしもスピンコート法である必要は無く、カーテンコート法、ロールコート法、ディップコート法等を用いて絶縁層を成膜しても良い。

次に、感光性の有機膜であるＢＣＢ膜（絶縁層）に露光処理を行って感光させ、現像処理を施した後にキュア処理を施すと共に、現像処理だけでは充分に除去できない残渣を取り除くためにＣＦ_４系やＯ_２系のガスを用いたドライ表面処理を施すことによって、図１（ｂ）で示す様に、絶縁層に多数のビアホール１６を形成する。

ここで、図３（ａ）で示す様に、ドライ表面処理を行う前の絶縁層表面はＣ成分が約９０atomic％であり、Ｓｉ成分及びＯ成分は各々１０atomic％以下であるが、図３（ｂ）で示す様に、ドライ表面処理を行った後の絶縁層表面は、Ｏ成分が約６０atomic％、Ｓｉ成分が約３０atomic％、Ｃ成分が約１０atomic％となっていることが分かる。
即ち、ドライ表面処理前後の絶縁層中のＣ成分、Ｓｉ成分及びＯ成分のデプスプロファイルの測定結果である図３（ａ）及び図３（ｂ）から、ビアホールを形成するにあたって、現像処理だけでは充分に除去できない残渣を取り除くために行うドライ表面処理によって、絶縁層表面が酸化されて、図１（ｂ）で示す様に、絶縁層表面にＳｉＯ系の酸化膜３が形成されたことが分かる。

次に、フッ酸が含まれる溶液で絶縁層表面のウェットエッチング処理を行う。

ここで、ウェットエッチングを行うことによって、Ｏ成分が約６０atomic％、Ｓｉ成分が約３０atomic％、Ｃ成分が約１０atomic％である図３（ｂ）で示す状態から、Ｏ成分及びＳｉ成分が著しく低減し、ほぼ図３（ａ）で示すデプスプロファイルと同様の図３（ｃ）で示す状態となる。
即ち、フッ酸が含まれる溶液でのウェットエッチング前後の絶縁層中のＣ成分、Ｓｉ成分及びＯ成分のデプスプロファイルの測定結果である図３（ｂ）及び図３（ｃ）から、フッ酸が含まれる溶液でのウェットエッチングを行うことによって、図１（ｃ）で示す様に、絶縁層表面に形成されたＳｉＯ系の酸化膜が選択的にエッチングされたことが分かる。

次に、絶縁層の上層にＴｉから成るバリア層（図示せず）を介してＣｕから成る受け電極層４を形成した後に、受け電極層の上層にレジスト５を塗布し、リソグラフィー技術及びエッチング技術によって、図１（ｄ）で示す様に受け電極形成領域のみにレジストが残存する様にレジストのパターニングを行う。

続いて、図１（ｅ）で示す様に、受け電極層の上層の受け電極形成領域のみにレジストが残存した状態でウェットエッチングやドライエッチング等を行って受け電極６を形成した後に、Ｏ_２ガスを用いたドライアッシング処理を行ってレジストを除去する。

ここで、レジスト除去のためのドライアッシング処理を行うと、ビアホールを形成するにあたって、現像処理だけでは充分に除去できない残渣を取り除くために行うドライ表面処理と同様に、絶縁層表面が酸化されて絶縁層表面にＳｉＯ系の酸化膜が形成される。
従って、上記と同様に、フッ酸が含まれる溶液で絶縁層表面のウェットエッチングを行って、図２（ｆ）で示す様に、絶縁層表面に形成されたＳｉＯ系の酸化膜を選択的にエッチングによって除去する。

次に、全面に窒化タンタル層をスパッタリングにより形成した後に、窒化タンタル層の上層にレジストを塗布し、リソグラフィー技術及びエッチング技術によって受け電極同士を接続する抵抗体素子形成領域のみにレジストが残存する様にレジストのパターニングを行った後に、ウェットエッチングやドライエッチング等を行って抵抗体７を形成する。その後、図２（ｇ）で示す様に、Ｏ_２ガスを用いたドライアッシング処理を行ってレジストを除去し、フッ酸が含まれる溶液で絶縁層表面のウェットエッチングを行う。

また、図２（ｈ）で示す様に、Ｔｉから成るバリア層（図示せず）を介してＣｕから成るシードメタル層８を全面に被覆し、続いて、汎用のリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、引き出し配線を形成する領域及び受け電極の周辺部の領域を開口部によって外方に臨ませると共に、その他の部位を被覆する様に配線形成用マスク９を形成した後に、図２（ｉ）で示す様に、開口部から露出したシードメタル層を成長させる。

次に、配線形成用マスクを除去し、更に、引き出し配線を形成する領域及び受け電極の周辺部の領域以外に成膜したシードメタル層をウェットエッチング法により除去することによって、図２（ｊ）で示す様な抵抗素子１０が形成された高周波モジュール基板を得ることができる。

図４は本発明を適用したキャパシタ素子が形成された高周波モジュール基板の製造方法の一例を説明するための模式図である。

本発明を適用したキャパシタ素子が形成された高周波モジュール基板の製造方法では、上記した本発明を適用した抵抗素子が形成された高周波モジュール基板の製造方法と同様にして、有機基板１の上層にＢＣＢをスピンコート法により成膜して絶縁層を形成し、感光性の有機膜であるＢＣＢ膜（絶縁層）に露光処理を行って感光させ、現像処理を施した後にキュア処理を施すと共に、ＣＦ_４系やＯ_２系のガスを用いたドライ処理を施すことによって、絶縁層の多数のビアホール１６を形成する。

ここで、上記した様に、現像処理だけでは充分に除去できない残渣を取り除くためにドライ表面処理を行うと、絶縁層表面が酸化されて絶縁層表面にＳｉＯ系の酸化膜が形成されるために、フッ酸が含まれる溶液で絶縁層表面のウェットエッチングを行って、絶縁層表面に形成されたＳｉＯ系の酸化膜を選択的にエッチングによって除去する。

次に、絶縁層の上層にＴｉから成るバリア層（図示せず）を介してＣｕから成るキャパシタ下電極層１１を形成した後に、キャパシタ下電極層の上層にレジスト５を塗布し、リソグラフィー技術及びエッチング技術によって、図４（ａ）で示す様にキャパシタ下電極形成領域のみにレジストが残存する様にレジストのパターニングを行う。

続いて、図４（ｂ）で示す様に、キャパシタ下電極層の上層にキャパシタ下電極形成領域のみにレジストが残存した状態でウェットエッチングやドライエッチング等を行ってキャパシタ下電極１２を形成した後に、Ｏ_２ガスを用いたドライアッシング処理を行ってレジストを除去する。

ここで、上記した様に、レジスト除去のためにドライアッシング処理を行うと、絶縁層表面が酸化されて絶縁層表面にＳｉＯ系の酸化膜が形成されるために、フッ酸が含まれる溶液で絶縁層表面のウェットエッチングを行って、図４（ｃ）で示す様に、絶縁層表面に形成されたＳｉＯ系の酸化膜を選択的にエッチングによって除去する。

次に、全面に酸化タンタル層を形成した後に、酸化タンタル層の上層にレジストを塗布し、リソグラフィー技術及びエッチング技術によって誘電体形成領域のみにレジストが残存する様にレジストのパターニングを行った後に、ウェットエッチングやドライエッチング等を行って誘電体１３を形成する。その後、図４（ｄ）で示す様に、Ｏ_２ガスを用いたドライアッシング処理を行ってレジストを除去し、フッ酸が含まれる溶液で絶縁層表面のウェットエッチングを行う。

また、図４（ｅ）で示す様に、Ｔｉから成るバリア層を介してＣｕから成るシードメタル層８を全面に被覆し、続いて、汎用のリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて引き出し配線を形成する領域、キャパシタ上電極を形成する領域及びキャパシタ下電極の周辺部の領域を開口部によって外方に臨ませると共に、その他の部位を被覆する様に配線形成用マスク９を形成した後に、図４（ｆ）で示す様に、開口部から露出したシードメタル層を成長させる。

次に、配線形成用マスクを除去し、更に、引き出し配線を形成する領域、キャパシタ上電極１４を形成する領域及びキャパシタ下電極の周辺部の領域以外の領域に成膜したシードメタル層をウェットエッチング法により除去することによって、図４（ｇ）で示す様なキャパシタ素子１５が形成された高周波モジュール基板を得ることができる。

本発明を適用した高周波モジュール基板の製造方法では、ビアホールを形成するにあたって、現像処理だけでは充分に除去できない残渣を取り除くために行うドライ表面処理やレジスト除去のために行うドライアッシング処理の後に、フッ酸が含まれる溶液で絶縁層表面のウェットエッチングを行うことによって、絶縁層表面に形成されたＳｉＯ系の酸化膜を選択的に除去しているために、絶縁層と各受動素子等との密着性を向上させることができ、密着不良によるキャパシタ素子や抵抗素子等の受動素子剥れを無くし、受動素子剥れによる内蔵素子特性の不良を無くすことができ、素子形成の安定化を図ることができる。

本発明を適用した抵抗体素子が形成された高周波モジュール基板の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図（１）である。本発明を適用した抵抗体素子が形成された高周波モジュール基板の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図（２）である。オージェ電子分光装置を用いて測定した絶縁層中のＣ成分、Ｓｉ成分及びＯ成分のデプスプロファイルを示すグラフである。本発明を適用したキャパシタ素子が形成された高周波モジュール基板の製造方法の一例を説明するための模式図である。従来の高周波モジュール基板の製造方法を説明するための模式的な断面図（１）である。従来の高周波モジュール基板の製造方法を説明するための模式的な断面図（２）である。

符号の説明

１有機基板
２絶縁層
３酸化膜
４受け電極層
５レジスト
６受け電極
７抵抗体
８シードメタル層
９配線形成用マスク
１０抵抗素子
１１キャパシタ下電極層
１２キャパシタ下電極
１３誘電体
１４キャパシタ上電極
１５キャパシタ素子
１６ビアホール

Claims

基板の表面にシリコンを含有する有機系絶縁膜を形成する工程と、
該有機系絶縁膜に所定の開口部を形成する工程と、
前記有機系絶縁膜の上層に第１の電極を形成する工程と、
該第１の電極の上層に抵抗体を形成し、或いは前記第１の電極の上層に誘電体を介して第２の電極を形成する工程を備える高周波モジュール基板の製造方法において、
前記開口部の形成後、前記有機系絶縁膜をフッ素系の酸で表面処理する
ことを特徴とする高周波モジュール基板の製造方法。
前記第１の電極の形成後、前記有機系絶縁膜をフッ素系の酸で表面処理する
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール基板の製造方法。
基板の表面にシリコンを含有する有機系絶縁膜を形成する工程と、
該有機系絶縁膜に所定の開口部を形成する工程と、
前記有機系絶縁膜の上層に第１の電極を形成する工程と、
該第１の電極の上層に抵抗体を形成し、或いは前記第１の電極の上層に誘電体を介して第２の電極を形成する工程を備える高周波モジュール基板の製造方法において、
前記第１の電極の形成後、前記有機系絶縁膜をフッ素系の酸で表面処理する
ことを特徴とする高周波モジュール基板の製造方法。