JP2007250929A - Ｌｔｃｃ基板上の配線形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線層が精度よくＬＴＣＣ基板の表面に形成され、配線層が強固にＬＴＣＣ基板の表面に接合され、且つ配線層間の絶縁抵抗が十分に高い、ＬＴＣＣ基板上の配線形成方法を提供する。
【解決手段】ＬＴＣＣ基板１１を準備し、ＬＴＣＣ基板１１の表面に、犠牲層１２を０．１μｍ程度の厚さに形成し、その上にフォトレジストパターン１３を形成してフォトレジストパターンの開口部の犠牲層を除去して基板表面を露出させ、配線材料層をスパッタリングまたは蒸着により形成し、その後フォトレジストパターン１３をその上に形成した配線材料層と共にリフトオフにより除去して配線材料層パターンを形成し、犠牲層１２を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、１０００℃以下の低温で焼成されるＬＴＣＣ基板の表面に、微細な配線パターンを形成する、ＬＴＣＣ基板上の配線形成方法に関する。

近年、半導体素子等をフリップチップ実装することが可能なＬＴＣＣ（低温共焼成セラミック）基板が、システムモジュール基板として広く用いられている。このＬＴＣＣ基板は、セラミックグリーンシートに銀ペースト等を用いて配線パターンをスクリーン印刷したセラミックグリーンシートを積層して１０００℃以下の比較的低温で共焼成した、積層型多層セラミック基板である。

ＬＴＣＣ基板の表面には、メモリチップ、ＣＰＵチップ等の多ピンの半導体チップや抵抗、キャパシタ等の受動部品が搭載され、システムモジュール基板として構成される。従って、ＬＴＣＣ基板の表面には、微細配線パターンを備えている。この微細配線パターンは、近年の高密度実装化の傾向から、例えばラインとスペースとからなる配線ピッチが６０μｍ程度のものが実用化され、さらに微細化が進行しているのが実情である。

上記ＬＴＣＣ基板表面の微細配線パターンの形成は、例えば、Ｔｉ／Ｃｕ層をスパッタリングによりＬＴＣＣ基板の表面全面に形成し、フォトリソグラフィによってめっきレジストパターンを形成し、銅めっきにより配線パターンを形成し、めっきレジストを除去し、最後にめっきレジスト下のＴｉ／Ｃｕ層を除去する製造方法が知られている。

しかしながら、ＬＴＣＣ基板は、通常のアルミナ基板等のセラミック基板、或いは樹脂基板と比較して薬液（酸・アルカリ）に対する耐性が低いという問題がある。このため、上記製造方法によれば、最後のＴｉ／Ｃｕ層を薬液により除去する段階で、薬液によりＬＴＣＣ基板の表面が溶かされてしまい、配線パターンが剥がれ易くなってしまうなどの問題がある。また、薬液によるＴｉ／Ｃｕ層の除去が不十分であると、ごく微量のＴｉ／Ｃｕ層の残渣が残り、これにより配線層間の絶縁抵抗が劣化するという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、配線層が精度よくＬＴＣＣ基板の表面に形成され、配線層が強固にＬＴＣＣ基板の表面に接合され、且つ配線層間の絶縁抵抗が十分に高い、ＬＴＣＣ基板上の配線形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のＬＴＣＣ基板上の配線形成方法は、ＬＴＣＣ基板を準備し、前記ＬＴＣＣ基板の表面に、犠牲層を０．１μｍ程度の厚さに形成し、前記犠牲層上にフォトレジストパターンを形成して前記フォトレジストパターンの開口部の犠牲層を除去し、配線材料層をスパッタリングまたは蒸着により形成し、前記フォトレジストパターンをリフトオフにより除去して前記配線材料層のパターンを形成し、前記犠牲層を除去する、ことを特徴とする。

ここで、犠牲層としてはＡｌ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｚｎ等を使用することにより、犠牲層はｐＨが中性に近い薬液で除去することができるため、ＬＴＣＣ基板の表面を損傷ことなく犠牲層を除去できる。

そして、配線の構造を基板との密着層と導電率の高い導電層との二層構造とすることにより、ＬＴＣＣ基板の表面に強固に接合する導電率の高い配線を形成することが出来る。

また、配線材料は、密着層はチタン、クロムが挙げられるが環境への影響を考慮するとチタンが好ましく、導電材料は銅、アルミ、銀、金等が挙げられるが、コスト及び後工程の無電解めっきの加工性を考慮すると銅が好ましい。

上記本発明によれば、０．１μｍ程度の薄い犠牲層上にフォトレジストパターンを形成し、該フォトレジストパターンの開口部の犠牲層を除去し、薄い密着層と厚い導電層とをスパッタリングなどにより形成した後、リフトオフにより配線パターンを形成するので、フォトレジストパターン端面下部に形成された薄い犠牲層のオーバエッチ部の存在によりきれいにフォトレジストパターンを取り除け、リフトオフにより配線パターンを精度良く形成できる。そして、フォトレジストパターンの下にあった犠牲層はｐＨが中性に近い薬液（ｐＨ６〜９程度で極めて弱い酸性から弱アルカリ性の薬液）を用いて除去できるので、ＬＴＣＣ基板の表面を損傷することなく、配線層間の犠牲層を完全に除去することができることにより、十分に高い配線間の絶縁抵抗が得られる。なお、配線は密着層として０．１μｍ程度の薄いチタン層と導電層として３μｍ以上の厚い銅層とから形成することにより、ＬＴＣＣ基板に対する良好な密着性が得られると共に、３μｍ以上の厚い銅層により良好な電流容量が得られる。

上記本発明によれば、ＬＴＣＣ基板上に０．１μｍ程度の薄いアルミ層などからなる犠牲層を形成し、フォトレジストパターンのリフトオフにより配線パターンを形成するので、配線層間の絶縁抵抗が十分に高い微細配線パターンを、薬液に対する耐性が低いＬＴＣＣ基板上に精度良く形成することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、各図中、同一の機能を有する部材または要素には同一の符号を付して、その重複した説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態のＬＴＣＣ基板上の配線形成方法を示す。まず、積層、共焼成した多層セラミックＬＴＣＣ基板１１を準備する。そして、ＬＴＣＣ基板１１を洗浄した後、図１（ａ）に示すように、表面全面に犠牲層１２としてアルミ層をスパッタリングなどにより形成する。犠牲層１２は０．１μｍ程度（０．０５−０．２μｍ）の厚さに、極めて薄く形成する。これにより、後に詳述するように、リフトオフにより微細配線パターンを精度良く形成することができる。なお、犠牲層１２は蒸着により形成してもよいが、基板への密着性や大面積均一付着性（量産性）を考慮すると、スパッタリングが好ましい。

次に、図１（ｂ）に示すように、犠牲層１２上にフォトレジストパターン１３を形成して前記フォトレジストパターンの開口部１４の犠牲層１２を除去する。この工程は、まず犠牲層１２の全面にフォトレジストを塗布し、マスクパターンを用いて露光し、現像してフォトレジストパターン１３を形成する。この時、フォトレジストパターン開口部１４の犠牲層１２はｐＨが中性に近い薬液により除去され、ＬＴＣＣ基板表面が露出する。フォトレジストは、リフトオフ用のフォトレジストではなく、開口部端面が基板１１に対して略垂直な面が得られる通常のフォトレジストを用いる。

これにより、図２（ａ）の拡大図に示すように、フォトレジストパターン１３は、開口部端面がＬＴＣＣ基板１１の表面に対して略垂直な面となり、フォトレジストパターン１３の端面側下部に現像液により犠牲層がオーバエッチングにより除去された空洞部であるオーバエッチ部１５が形成される。このオーバエッチ部１５の長さは、０．５μｍ程度が好ましく、高さは犠牲層の層厚である０．１μｍ程度が好ましい。

次に、図１（ｃ）に示すように、配線材料層である薄い密着層としてのチタン層１６と導電層としての銅層１７とを連続スパッタリングなどにより全面に形成する。チタン層１６は０．１μｍ程度（０．０５−０．２μｍ）の厚さに形成することが好ましく、銅層１７はその高い導電性により配線層において主として電流が流れる部分となるので、用途等に応じて３μｍ以上に厚く形成する。チタン層と銅層とは、蒸着により形成してもよいが、量産性等を考慮すると、スパッタリングで形成することが好ましい。

次に、図１（ｄ）に示すように、フォトレジストパターン１３をリフトオフにより除去してチタン層１６と銅層１７とからなる配線パターン１８を形成する。リフトオフは、アセトン、アルカリ水溶液、レジスト剥離剤などのフォトレジストを溶解する溶液を供給することで、フォトレジストパターン１３を溶解し、その上にあるチタン層１６と銅層１７を除去するものである。このため、ＬＴＣＣ基板１１の表面に直接形成されたチタン層１６と銅層１７とがそのまま残り、配線層１８が形成される。リフトオフにより配線層１８を形成するので、フォトリソグラフィにより決まる精度で、配線パターンを精度良く形成できる。

チタン層１６と銅層１７との連続スパッタリングに際して、上記フォトレジストパターン１３の開口部の端面側直下の空洞部であるオーバエッチ部１５には、その高さが０．１μｍ程度と低いため、スパッタリングによる金属粒子が飛び込む量が少なく、上記リフトオフの工程でシャープな配線パターンを形成することができる。このため、アルミ層１２は、最大でも０．２μｍ程度とすることが好ましい。なお、アルミ層１２は薄すぎるとリフトオフによる犠牲層の役割を果たさなくなるため、最小でも０．０５μｍ程度が必要である。

すなわち、図２（ａ）に示すように、アルミ層のオーバエッチ部１５の高さが０．１μｍ程度と低いため、スパッタリングによる金属粒子が飛び込む量が極めて少なく、金属層２０がフォトレジスト層の空洞部１５の壁面に沿って形成されることがない。このため、フォトレジストを溶解する液がフォトレジストパターン１３をスムーズに溶解し、リフトオフがスムーズに行え、シャープな配線パターンが形成されると考えられる。

これに対して、リフトオフ用フォトレジストを用いた場合には、図２（ｂ）に示すように、フォトレジストパターン１３は、開口部端面がＬＴＣＣ基板１１の表面に対して傾斜した面となり、この面にスパッタリングによる金属粒子が付着して金属層２０が形成され、これによりリフトオフがスムーズに行えない。また、アルミ層１２が厚い場合には、図２（ｃ）に示すように、オーバエッチ部の内壁面にスパッタリングによる金属粒子が付着して金属層２０が形成され、これによりリフトオフがスムーズに行えず、シャープな配線パターンを形成できない。

次に、図１（ｅ）に示すように、フォトレジストパターン１３の下に残存していたアルミ層１２をｐＨが中性に近い薬液（ｐＨ６〜９程度で極めて弱い酸性から弱アルカリ性の薬液）、例えば水酸化カリウムの薄い水溶液などのごく弱いアルカリ水溶液を用いて除去する。ＬＴＣＣ基板は薬液に弱いが、弱アルカリ水溶液などの弱い薬液を用いてアルミ層１２を除去するので、ＬＴＣＣ基板の表面を損傷することなく、配線層間のアルミ層を完全に除去することができる。なお、アルミ層１２は水にも溶解するので、水を用いて除去することも可能である。これにより、チタン層と銅層とからなる配線層１８がＬＴＣＣ基板１１の表面に強固に接合され、且つ配線層間の絶縁抵抗が十分に高い微細配線パターンがＬＴＣＣ基板上に精度良く形成される。

その後、必要に応じて、エポキシ樹脂膜またはポリイミド樹脂膜等の保護膜を形成し、図１（ｅ）に示すように、配線層１８の端子部分等にメッキ層１９を形成してＬＴＣＣ基板が完成する。メッキ層１９は、例えば銅のバリア層としてのニッケルメッキ層と金メッキ層などの二層メッキ層により形成される。

なお、上記実施形態はＬＴＣＣ基板の表面側の表面に配線層を形成する例について説明したが、ＬＴＣＣ基板の裏面側の表面に配線層を形成する場合にも、同様に適用できることは勿論である。

また、上記実施形態では、犠牲層としてアルミ層を用いる例について説明したが、ｐＨが中性に近い薬液で除去が可能な、マグネシウム、マンガン、鉄、亜鉛などを用いることも可能である。また、配線材料としては、密着層はチタンの他にクロムを用いてもよく、導電材料は銅の他に、アルミ、銀、金等を用いてもよい。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明の一実施形態のＬＴＣＣ基板上の配線形成工程を示す断面図である。 （ａ）は、図１（ｃ）の要部拡大断面図であり、（ｂ），（ｃ）は比較例の対応断面図である。

符号の説明

１１ ＬＴＣＣ基板
１２ アルミ層（犠牲層）
１３ フォトレジストパターン
１４ フォトレジストパターン開口部
１５ オーバエッチ部
１６ チタン層
１７ 銅層
１８ 配線パターン（配線材料層）
１９ メッキ層
２０ 金属層

Claims (7)

1. ＬＴＣＣ基板を準備し、
   前記ＬＴＣＣ基板の表面に、犠牲層を０．１μｍ程度の厚さに形成し、
   前記犠牲層上にフォトレジストパターンを形成して前記フォトレジストパターンの開口部の犠牲層を除去し、
   配線材料層をスパッタリングまたは蒸着により形成し、
   前記フォトレジストパターンをリフトオフにより除去して前記配線材料層のパターンを形成し、
   前記犠牲層を除去する、
   ことを特徴とするＬＴＣＣ基板上の配線形成方法。
2. 前記犠牲層は、ｐＨが中性に近い薬液で除去できる材料であることを特徴とする請求項１記載のＬＴＣＣ基板上の配線形成方法。
3. 前記犠牲層は、アルミ、マグネシウム、マンガン、鉄、亜鉛のいずれかからなることを特徴とする請求項１記載のＬＴＣＣ基板上の配線形成方法。
4. 前記犠牲層は、０．０５−０．２μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項１記載のＬＴＣＣ基板上の配線形成方法。
5. 前記配線材料層は、薄い密着層としてのチタン層と、導電層としての３μｍ以上の厚さに形成した銅層とからなることを特徴とする請求項１記載のＬＴＣＣ基板上の配線形成方法。
6. 前記フォトレジストパターンは、開口部端面が前記基板に対して略垂直な面となることを特徴とする請求項１記載のＬＴＣＣ基板上の配線形成方法。
7. 前記犠牲層の除去は、ｐＨが中性に近い薬液を用いることを特徴とする請求項１記載のＬＴＣＣ基板上の配線形成方法。

Images