JP2778885B2

JP2778885B2 - 多層回路基板及びその製造方法

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Publication number: JP2778885B2
Application number: JP29129792A
Authority: JP
Inventors: 征一高見
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JPH06140766A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層回路基板及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】電子機器用の混成集積回路
等に用いられる回路基板として、多層回路基板が知られ
ている。一般的な多層回路基板は、セラミック基板と、
セラミック基板上に積層された例えばポリイミドからな
る複数の樹脂絶縁層と、セラミック基板上又は複数の樹
脂絶縁層間に配置された金属配線層とから主に構成され
ている。金属配線層と樹脂絶縁層との間には、例えばク
ロムからなる金属密着層が形成されており、金属配線層
と樹脂絶縁層との密着性を高めている。

【０００３】しかし、前記従来の多層回路基板では、金
属配線層の側面には金属密着層が形成されていない。従
来、多層回路基板を製造する工程において、フォトエッ
チング法では、まず樹脂絶縁層上にＣｒ−Ｃｕ−Ｃｒ成
膜をスパッタリング等により行う。次に、前記成膜上に
フォトリソグラフィーによるレジスト加工を行い、さら
に前記金属成膜のエッチングを行い、所望の金属配線層
を形成する。この場合、クロムによる金属密着層は銅の
上面及び下面には形成されるが、側面には形成されな
い。

【０００４】また、従来のアディティブ法では、初めに
樹脂絶縁層上にＣｒ−Ｃｕ成膜をスパッタリング等によ
り行う。続いて、フォトリソグラフィーによりレジスト
加工を行い所定のパターンのレジスト層を形成し、金属
配線層が形成されるべき箇所に電解銅メッキを行う。さ
らに、銅からなる金属配線層の上面にスパッタリングあ
るいは電解クロムメッキを行い、金属配線層の上面に金
属密着層を形成する。この方法においても、クロム層形
成時に金属配線層の側面がレジスト層に覆われているた
め、金属配線層の側面には金属密着層が形成されない。

【０００５】金属配線層の側面に金属密着層が形成され
ていない多層回路基板では、例えば銅からなる金属配線
層と例えばポリイミド等からなる樹脂絶縁層とが金属配
線層の側面で直接接合する。そのため、高温時に金属配
線層の銅が樹脂絶縁層内に拡散しやすくなる。また、樹
脂絶縁層内に侵入したＯ₂及びＨ₂Ｏが、金属配線層と
樹脂絶縁層との反応を促進する。

【０００６】この結果、金属配線層内に空洞ができ、金
属配線層と樹脂絶縁層との密着強度が低下する。また、
金属配線層の電気抵抗が大きくなる。さらには、樹脂絶
縁層内に拡散した銅が樹脂絶縁層の電気絶縁性を低下さ
せて、隣接する金属配線層間で電気的リークを引き起こ
す。本発明の目的は、金属配線層の金属が樹脂絶縁層内
へ拡散しにくくすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る多層回
路基板は、絶縁体と、樹脂絶縁層と、金属配線層と、金
属密着層とを備えている。前記複数の樹脂絶縁層は、絶
縁体上に積層されている。前記金属配線層は、絶縁体と
樹脂絶縁層との間に配置されている。前記金属密着層は
金属配線層と樹脂絶縁層との密着性を向上させるための
ものであり、金属配線層の上面、下面及び側面に形成さ
れている。

【０００８】第２の発明に係る多層回路基板製造方法
は、準備工程と、レジスト層形成工程と、金属配線層形
成工程と、エッチング工程と、レジスト層除去工程と、
樹脂絶縁層形成工程とを含んでいる。前記準備工程で
は、絶縁体と、絶縁体上に形成された第１金属密着層と
を有する本体部を準備する。前記レジスト層形成工程で
は、本体部上にパターン化されたレジスト層を形成す
る。前記金属配線層形成工程では、本体部上のレジスト
層が形成されていない部分に金属配線層を形成する。前
記エッチング工程では、レジスト層をエッチングして、
金属配線層の側面とレジスト層との間に隙間を形成す
る。前記密着層形成工程では、金属配線層の上面及び側
面に第２金属密着層を形成する。前記レジスト層除去工
程ではレジスト層を除去する。前記樹脂絶縁層形成工程
では、本体部上に第１及び第２金属密着層を覆う樹脂絶
縁層を形成する。

【０００９】

【作用】第１の発明に係る多層回路基板では、金属配線
層の両側面にも金属密着層が形成されているために、金
属配線層の金属が樹脂絶縁層内に拡散しにくい。第２の
発明に係る多層回路基板製造方法では、エッチング工程
により金属配線層の側面とレジスト層との間に隙間を形
成し、密着層形成工程により金属配線層の側面にも第２
金属密着層を形成する。これにより、金属配線層の金属
が樹脂絶縁層内に拡散しにくくなる。

【００１０】

【実施例】図１において、本発明の一実施例としての多
層回路基板１は、主に、アルミナ等からなるセラミック
基板２と、セラミック基板２上に積層されたポリイミド
からなる第１樹脂絶縁層３及び第２樹脂絶縁層４と、銅
からなる第１金属配線層５，第２金属配線層６及び第３
金属配線層７とから主に形成されている。

【００１１】第１金属配線層５は、セラミック基板２と
第１樹脂絶縁層３との間に形成されている。第２金属配
線層６は、第１樹脂絶縁層３と第２樹脂絶縁層４との間
に配置されている。第３金属配線層７は、第２樹脂絶縁
層４上に形成されている。なお、第１金属配線層５と第
２金属配線層６とは、第１樹脂絶縁層３に形成されたス
ルーホール８を介して電気的に接続されている。第２金
属配線層６と第３金属配線層７とは、第２樹脂絶縁層４
に形成されたスルーホール９を介して電気的に接続され
ている。

【００１２】図２は、第１金属配線層５の詳細を示して
いる。第１金属配線層５を主として形成する金属配線本
体１１の上面、下面及び側面にはクロムからなる密着層
が形成されている。より具体的には、金属配線層１１と
セラミック基板２との間には下面密着層１２が形成され
ている。金属配線本体１１の上面には上面密着層１３が
形成されている。そして、金属配線本体１１の両側面に
は側面密着層１４が形成されている。第２金属配線層６
及び第３金属配線層７においても、第１金属配線層５と
同様に上面、下面及び両側面にクロムからなる密着層
（図示せず）が形成されている。なお、密着層の材料と
しては、モリブデン、チタン、タングステンのいずれで
も良いし、またこれらの合金を用いても良い。

【００１３】次に、多層回路基板１の製造方法について
説明する。特に、第１金属配線層５の形成について詳細
に述べる。はじめに、セラミック基板２上にクロム及び
銅を用いてスパッタリング法で、クロムからなる膜厚
０．２μｍの第１密着層１２ａと銅からなる膜厚０．４
μｍの銅スパッタ層１１ａとを図３のように形成する。

【００１４】続いて、銅スパッタ層１１ａ上に、いわゆ
るネガ系レジストをスピンナ法で塗布する。ここでは、
所定のステージ上に固定し図３に示すセラミック基板２
に液状のレジストを滴下し、ステージを例えば１０００
ｒｐｍで１０秒間回転させる。この結果、遠心力によ
り、液体状のレジストが半径方向外方に均一に拡散し、
レジスト膜が形成される。このレジスト膜を大気中で８
０℃，４０分間加熱処理（プレベーク処理）し、液状レ
ジストを半乾燥状態にする。

【００１５】さらに、所定の配線パターンが描画された
マスクを半乾燥状態レジスト上に密着させ、光を照射し
てレジスト膜を露光させる。その結果、マスクのパター
ン通りのレジストパターン１５が得られる（図４）。次
に、レジストパターン１５をキシレン系現像液により現
像し、大気中で１３０℃，３０分間加熱処理（ポストベ
ーク処理）し、レジストパターン１５を熱架橋させて強
固な膜とする。このポストベーク処理により、レジスト
パターン１５と銅スパッタ層１１ａとの密着性が向上す
る。

【００１６】レジストパターン１５が形成されていない
部分に、電解メッキ法を用いて、銅メッキ層１１ｂを図
５に示すように形成する。この状態から、レジストパタ
ーン表面をリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法
を用いてエッチングする。ＲＩＥ法は、Ｏ₂にＣＦ₄を
０〜２０％の割合で混合したものを反応ガスとして用
い、圧力１〜５０Ｐa 、出力０．３〜３．０ｋＷ、１０
〜３０分の条件で行われる。このとき、金属からなる銅
メッキ層１１ｂに比べて樹脂からなるレジストパターン
１５のエッチングが大幅に先行する。このエッチングに
より銅メッキ層１１ｂの側面とレジストパターン１５と
の間に、図６に示すように、所定の隙間が形成される。

【００１７】さらに、銅メッキ層１１の上に膜厚０．０
３〜０．２μｍのクロムをスパッタリング法で付着させ
ると、図７に示すように、銅メッキ層１１ｂの上面には
上面密着層１３が、両側面には側面密着層１４が形成さ
れる。また、このときレジストパターン１５上にもクロ
ム層１６が形成される。レジスト層１５を除去するため
に、セラミック基板２全体を８０℃の剥離液に２０分間
浸漬する。これにより、レジストパターン１５及びレジ
ストパターン１５上に形成されたクロム層１６はともに
除去される。続いて、銅メッキ層１１ｂ以外の部分に残
っている銅スパッタ層１１ａ及び第１密着層１２ａのエ
ッチングを行う。ここでは、過硫酸アンモニウム水溶液
に浸漬することにより銅スパッタ層１１ａはエッチング
される。また、フェリシアン化カリウム水溶液に浸漬す
ることにより第１密着層１２ａはエッチングされる。こ
のようにして、図８に示すように、金属配線層１１の上
面、下面及び両側面にクロムからなる密着層１２〜１４
が形成された金属配線層５が得られる。なお、金属配線
本体１１の膜厚は、配線抵抗値及びマイグレーション性
を考慮して、１〜１０μｍの範囲にあるのが好ましい。

【００１８】次に、第１樹脂絶縁層３を形成するため、
ポリイミド前駆体を、図８に示すセラミック基板２上に
塗布する。この塗布は前述したようなスピンナ法によっ
て行われ、ステージを例えば２０００ｒｐｍで１０秒間
回転させる。これによりポリイミド前駆体が均一な膜厚
で塗布される。続いて、大気中で８０℃，４０分間の加
熱を行い、ポリイミド前駆体から溶媒を揮散させ、半乾
燥状態にする。

【００１９】半乾燥状態のポリイミド前駆体に対してキ
ュア工程を行う。キュア工程は、ポリイミド前駆体を加
熱処理することにより前駆体を構成する分子をイミド化
させ、所望のポリイミド構造にするものである。例えば
コンベア式の連続炉を用い、窒素ガス雰囲気中で４００
℃，最大１時間の加熱を行う。これによって所望のポリ
イミド構造となった第１樹脂絶縁層３が得られる。な
お、第１樹脂絶縁層３の厚みは、２０μｍ〜５０μｍの
範囲にあることが望ましい。

【００２０】次に、第１樹脂絶縁層３にスルーホール８
等を形成する。はじめに、第１樹脂絶縁層３上に酸化シ
リコンＳｉＯ₂を３μｍの膜厚となるようにスパッタリ
ングする。続いて、前記スピンナ法（１２００ｒｐｍ，
１０秒間の回転）によりポジ系レジストを塗布し、大気
中で８５℃，９０分間の加熱を行い、レジスト全体を半
乾燥状態にさせる。さらに、前述したコンタクト露光を
行い、所定のスルーホール８等を形成するパターンを形
成し、アルカリ系現像液によって現像を行う。その後、
大気中で１３５℃，３０分間の加熱処理（前記ポストベ
ーク処理）を行い、レジスト材料を熱架橋させる。

【００２１】この後、フッ化水素アンモニウム水溶液に
浸漬させて酸化シリコンをエッチングする。続いて、６
０℃の市販剥離液中に２０分間浸漬させて、レジスト層
を剥離させる。そして、酸化シリコンのパターンに従っ
て第１樹脂絶縁層３をエッチングする。これは反応性イ
オンエッチング装置を用いて行う。最後に、前記フッ化
水素アンモニウム水溶液に浸漬させることで、マスク層
となっていた酸化シリコンを剥離する。以上のように、
第１樹脂絶縁層３の形成が行われる。

【００２２】第２金属配線層６，第２樹脂絶縁層４及び
第３金属配線層７の形成方法は、前記第１金属配線層５
及び第１樹脂絶縁層３の形成方法と同様であり、以上の
工程を繰り返すことで多層回路基板１が形成される。以
上の製造方法で形成された多層回路基板１において、例
えば第１金属配線層５の金属配線本体１１の両側面に
は、クロムからなる側面密着層１４が形成されている。
これにより、金属配線本体１１と第１樹脂絶縁層３とが
直接接合する面積が大幅に減少している。すなわち、金
属配線本体１１と第１樹脂絶縁層３との密着強度が向上
し、また金属配線本体１１の銅が第１樹脂絶縁層３のポ
リイミド内に拡散しにくくなっている。第２金属配線層
６及び第３金属配線層７においても同様な効果が得られ
る。他の実施例上面及び側面密着層は、電解ニッケルメッキ法又無電解
ニッケルメッキ法により形成されても良い。

【００２３】前記実施例では金属配線本体１１のほぼ全
体にわたって密着層が形成されていたが、金属配線本体
１１の少なくとも１／２以上の面積が覆われるように上
面、下面及び側面密着層が形成されていれば、本発明の
効果は十分に得られる。実験例本実施例による金属配線層の側面に形成された側面密着
層の効果を確認するために、以下の表１に示す実験を行
った。

【００２４】

【表１】

【００２５】従来例ではフォトエッチング法で各金属膜
を形成し、実験実施例では前記実施例の方法で各金属膜
を形成した。いずれの場合にも、密着層の膜厚は０．１
μｍ程度であり、金属配線本体の膜厚は３．０μｍであ
った。各実験例では、２００℃の高温で加熱した後に放
置し、経過時間毎に断面観察により銅とポリイミドの拡
散反応について調べた。

【００２６】従来技術では、５０時間までは異常が見ら
れなかったが、１００時間になると一部で銅とポリイミ
ドの反応が観察された。そして、２００時間経過後は、
銅の拡散が進行し、金属配線層の一部が消失した。一
方、本発明が採用された実験実施例では、放置後２００
０時間経過しても銅とポリイミドとの反応異常は観察さ
れなかった。

【００２７】

【発明の効果】第１の発明に係る多層回路基板では、金
属配線層の両側面にも金属密着層が形成されているため
に、金属配線層の金属が樹脂絶縁層内に拡散しにくい。
第２の発明に係る多層回路基板製造方法では、エッチン
グ工程により金属配線層の側面とレジスト層との間に隙
間を形成し、密着層形成工程により金属配線層の側面に
も第２金属密着層を形成する。これにより、金属配線層
の金属が樹脂絶縁層内に拡散しにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての多層回路基板の縦断
面概略図。

【図２】図１の拡大部分図。

【図３】前記多層回路基板の製造工程の一状態を示す
図。

【図４】前記多層回路基板の製造工程の一状態を示す
図。

【図５】前記多層回路基板の製造工程の一状態を示す
図。

【図６】前記多層回路基板の製造工程の一状態を示す
図。

【図７】前記多層回路基板の製造工程の一状態を示す
図。

【図８】前記多層回路基板の製造工程の一状態を示す
図。

【符号の説明】

１多層回路基板２セラミック基板３第１樹脂絶縁層４第２樹脂絶縁層５第１金属配線層６第２金属配線層７第３金属配線層１１金属配線本体１２下面密着層１３上面密着層１４側面密着層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体と、該絶縁体上に積層された樹脂絶縁層と、前記絶縁体と樹脂絶縁層との間に配置された金属配線層
と、該金属配線層の上面、下面及び側面に形成された、前記
金属配線層と前記樹脂絶縁層との密着性を向上させるた
めの金属密着層と、を備えた多層回路基板。
【請求項２】絶縁体と、該絶縁体上に形成された第１金
属密着層とを有する本体部を準備する準備工程と、前記本体部上にパターン化されたレジスト層を形成する
レジスト層形成工程と、前記本体部上の前記レジスト層が形成されていない部分
に金属配線層を形成する金属配線層形成工程と、前記レジスト層をエッチングして、前記金属配線層の側
面と前記レジスト層との間に隙間を形成するエッチング
工程と、前記金属配線層の上面及び側面に第２金属密着層を形成
する密着層形成工程と、前記レジストを除去するレジスト層除去工程と、前記本体部上に前記第１及び第金属密着層を覆う樹脂絶
縁層を形成する樹脂絶縁層形成工程と、を含む多層回路基板製造方法。