JP2828032B2 - 多層配線構造体の製造方法 - Google Patents
多層配線構造体の製造方法Info
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Description
子部品に代表される多層配線構造体の製造方法に関し、
更に詳しくは、半導体素子を搭載する実装基板の多層配
線構造体の製造方法に関する。
い、これを搭載する多層配線基板を構成する層間絶縁膜
には、耐熱性を有し、併せて低誘電率,低吸水率,低熱
膨張率,導体および絶縁膜同士の高密着性,良好な耐薬
品性等が要求されている。さらに最近では、上下電極配
線を導通させるためのヴィアホール形成の工程簡略化を
図るため、材料自体が感光性を有し、フォトレジストと
同様なプロセスでヴィアホールが形成できることが好ま
しい。
料として、ポリイミド系樹脂(例えば、特開平4−28
4455号公報,特開平5−165217号公報),有
機珪素系樹脂(例えば、特開平3−43455号公報,
特開平4−46934号公報,特開平6−130364
号公報,特開平7−22508号公報)等が提案されて
いる。
製造に代表されるように、サプトラクティブ法とアディ
ティブ法に大別される。前者は、絶縁基材表面の全面に
形成された導体の不溶部分を化学処理で選択的に取り除
くことにより、導体パターンと絶縁部をつくる方法であ
り、後者は、絶縁基板上に無電解めっき等によって導電
性材料を選択的に析出させて導体パターンを形成する方
法である。
系樹脂は、硬化時に縮合水を伴い、また分子内に導入さ
れている感光基が脱離するので、硬化時の膜収縮が大き
く、高精度かつ微細なヴィアホールの形成が困難であ
る。また、収縮応力が発生し、多層化を行うと、クラッ
クが発生するといった問題点がある。
における収縮はポリイミドほどではないもののヴィアホ
ール形成をするための現像液に有機溶剤を用いているの
で、露光部の膜が膨潤し解像度が低下する。このため、
高精度かつ微細なヴィアホールの形成が困難であり、高
密度な多層配線構造体を得ることが困難である。また、
有機溶剤系の現像液は、環境汚染や安全衛生上使用する
ことは好ましくない。
系樹脂は、硬化温度が400℃と高く、絶縁膜を形成す
る基材として、プリント配線板やモールド配線板等の低
コストな樹脂製基材を耐熱性上の問題から選択すること
ができない。このため、セラミック類あるいはSi等の
基材上にしか絶縁膜を形成できず、高コストとなる。
縁膜材料として、エポキシ系樹脂がよく知られている。
しかしながら、エポキシ系樹脂は、誘電率が高い、熱膨
張率が大きい,ガラス転移温度が低い,解像度に劣る,
硬化膜の平坦性に劣る等の問題点があり、最近の電子部
品の高性能化に伴い、適用が困難になりつつある。
ラクティブ法は、エッチングを通常薬剤を用いて行う
が、高密度なパターンを形成するには、ウェットエッチ
ングでは困難であり、ドライエッチングを行わなければ
ならず、コスト高となる。そのため、微細配線形成に有
利な無電解めっきによるアディティブ法が有効である。
無電解めっきにより絶縁基材表面に導体を形成するため
には、触媒として作用するパラジウム等の貴金属を該表
面に付与する必要がある。
電率,低熱膨張率等の優れた特性を有する高性能,高密
度な多層配線構造体およびその低コストでの製造方法を
提供することを目的としている。
に鋭意検討した結果、次の如き発明に到った。すなわち
本発明は、層間絶縁膜材料として、フルオレン骨格を有
するエポキシアクリレートまたはベンゾシクロブテンを
使用し、導体をウェットプロセスのみで形成することに
より、多層配線構造体を製造する。なお、支持基材とし
て、プリント配線板あるいはモールド樹脂基板を使用す
る。
材上に、フルオレン骨格を有するエポキシアクリレート
またはベンゾシクロブテンからなる絶縁膜を形成し、そ
の上に導体電極パターンを形成することにより、多層配
線構造体を製造する。フルオレン骨格を有するエポキシ
アクリレート樹脂としては、下記一般式で示される材料
が好ましく用いられる。
であり、nは、0〜20の整数である。この材料は、特
開平4−292611号公報にて光学用としての応用が
開示されている。
多層配線基板の層間絶縁膜材料として使用されている材
料の一種である。しかし、前記一般式(4)で示される
フルオレン骨格を有する樹脂は、通常のエポキシアクリ
レート系樹脂と比較して耐熱性が高く、熱膨張率が小さ
く、かつ吸水性の面で非常に優れていることが明らかに
なった。従来耐熱性を有している絶縁性材料は、概して
硬化温度が非常に高いという問題があったが、この樹脂
は160℃〜200℃程度で硬化が可能であり、多層配
線用絶縁材料として非常に好ましい。
絶縁材料として使用されている材料の一つである。この
材料は、前記フルオレン骨格を有するエポキシアクリレ
ート樹脂より高価ではあるが、耐熱性,低熱膨張率,低
吸水性を具備し、さらに低誘電率であるため、該用途に
好適である。本発明による多層配線構造体の製造方法
は、低コストであるため、高価な材料でも実用的なレベ
ルで製造することが可能となる。
は、樹脂を溶剤に溶解した、いわゆるワニスを絶縁基材
上に塗布後に熱硬化する。ポリイミド等と比較して、本
発明で使用する樹脂は分子量が低く、ワニスが低粘度で
あるため、塗膜の平滑性が極めて良好である。
には、めっき反応の核となる触媒を絶縁基材表面に付与
する必要がある。しかしながら、上述の材料は、表面が
極めて平滑であるが故に、表面処理を行わないと触媒が
基材に付与し難い、あるいは付与してもめっき膜と良好
な密着強度を発現することが困難である。そのため、絶
縁基材表面を粗化する必要がある。
粗化した後に触媒処理し、無電解めっきを行うことによ
り、粗化部分にのみに選択的に配線パターンが形成さ
れ、粗例外の部分には導体が形成させない、あるいは形
成しても容易に剥離除去することができる。
発現し、かつ半導体素子の実装に供する多層配線構造体
を得るためには、絶縁膜表面を所定の条件下で粗化する
必要がある。すなわち、粗化面の平均粗さ(Ra),最
大粗さ(Ry)および導体厚さ(T)が次の関係を満足
する必要がある。 0.2≦Ra≦0.6〔単位:μm〕 (1) 0.02≦Ra/T≦0.2 (2) 0.05≦Ry/T≦0.5 (3)
体との密着性不十分のため信頼性が乏しい。また、範囲
より大きいと、表面の平坦性が悪化し、積層数が増すに
従ってその傾向は顕著になり、実装に不利になる。
バフ研磨等の物理的な処理のみでは粗化後の表面凹凸が
疎で良好な密着性を得ることが困難であるため、化学的
な処理を併用することが好ましい。
ポキシアクリレートおよびベンゾシクロブテンの熱硬化
膜は、耐薬品性が良好であるため、表面粗化し難い。
抑えた半硬化樹脂膜に粗化処理を行った後、更に熱硬化
することが有効である。熱硬化率が15%未満である
と、物理的,化学的粗化工程中で膜が損傷しやすいため
好ましくない。また、60%より高いと、膜の化学的耐
性が著しく高くなり、化学的粗化の効果が低くなり好ま
しくない。使用する化学薬品は、特に限定されず、プリ
ント基板のデスミア処理に通常使用されるクロム酸塩,
過マンガン酸塩,水酸化アルカリ等が使用できる。ま
た、必要に応じて有機溶剤による膨潤等の前処理を行う
こともできる。
ことは、一般的には手間がかかる。そこで、予め絶縁樹
脂膜表面全面を粗化し、その上にメッキレジストの機能
を兼ねてフルオレン骨格を有するエポキシアクリレート
またはベンゾシクロブテンのパターン形成膜を積層すれ
ばよい。そうすることにより、パターン形成予定部分の
みに下地の粗化面が露出し、それ以外の面は平滑な樹脂
面で覆われているため、触媒のパターン形成予定部分へ
の選択的付与に有利である。
60%より高く、好ましくは70%以上に熱硬化させた
後に行ってもよいし、15〜60%の範囲内で処理した
後に熱硬化により60%より高くしてもよい。
ラジウムをはじめとする貴金属が用いられ、特に、パラ
ジウムのコロイドタイプのものが、作業性も良く多用さ
れている。しかしながら、コロイドタイプのものは、素
材に対する吸着選択性が乏しく、通常メッキレジスト面
上への吸着を起こし易く、そのため無電解めっき析出を
伴い易い。
ず、還元により金属となる金属化合物層を形成し、これ
を還元後置換パラジウムめっきすることにより触媒核を
付与する。
に上記金属化合物溶液を塗布,熱処理した後にメッキレ
ジスト層を形成し、あるいは粗化された絶縁樹脂膜上に
メッキレジストパターンをフルオレン骨格を有するエポ
キシアクリレートまたはベンゾシクロブテンにより形成
した後、その上に金属化合物溶液を塗布,熱処理する。
ここで、無電解めっきを析出させたい部分は粗化され、
析出させたくない部分は平滑であるため、粗化部分に優
先的に付与される。
クリレートおよびベンゾシクロブテン樹脂は、いずれも
疎水性が強いため、後述するように金属化合物の親水性
溶媒に溶解した溶液を塗布するので、平滑面には殆ど溶
液が濡れず好適である。続いて該金属化合物を還元後、
置換パラジウムめっきを実現する。
脂層全面に金属化合物が形成されるため、絶縁性が良好
である必要がある。金属化合物としては、コバルト,ニ
ッケル,鉄,銅の硝酸塩,硫酸塩,塩化物,蓚酸塩,酢
酸塩または酸化物の少なくとも一種が用いられ、これら
を溶解する溶媒として、純水,塩酸酸性水あるいはアル
コール等が使用できる。これらの溶液を絶縁樹脂膜上に
塗布後加熱処理を行い、基材に十分密着させる。さら
に、絶縁性を強化するために、酸素プラズマ処理等を行
うことが好ましい。
H2,HI,CO,水素化ホウ素ナトリウム,水素化ホ
ウ素カリウム,ジメチルアミノボラン,アンモニアボラ
ン等のホウ素化合物等還元性を有するものであれば、あ
らゆるものが使用できる。還元方法も使用される還元剤
に応じた、あらゆる還元反応を利用することが可能であ
る。例えば、還元剤としてH2ガスを使用する場合に
は、H2ガス雰囲気中で基板を200℃程度に加熱する
ことにより還元される。また水素化ホウ素ナトリウムを
使用する場合には、0.1〜1g/1程度の水溶液を調
製し、溶液中に数分間浸漬することにより還元できる。
パラジウム置換めっきにより無電解めっきの触媒核とな
るパラジウムを析出させる。この際、還元処理の済んだ
基板に直ちにめっき処理を行ってもよいが、還元処理後
の基板表面を一旦酸等により洗浄しておくことにより、
めっきの析出性やめっき層と基板の密着性を向上させる
ことができる。パラジウム置換めっきの方法は特に限定
されないが、例えば、塩化パラジウム0.5〜5mM/
I程度の塩酸酸性水溶液(pH:0.5〜3程度)中
に、数秒から数分間浸漬すればよい。
場合は、還元された銅自体が無電解めっき反応の触媒核
として作用するため、置換パラジウムめっきは必ずしも
行う必要はない。
は特に限定されないが、通常配線基板に使用されている
る銅,ニッケルを使用することが、低コストの点からも
好ましい。めっきの方法は、これらの金属をめっきする
場合に一般に用いられている方法を使用することができ
る。例えば、銅をめっきする場合には、硫酸銅めっき
浴,ピロリン酸銅めっき浴,シアン化銅めっき浴を、ま
たニッケルをめっきする場合には、次亜リン酸ナトリウ
ムや水素化ホウ素ナトリウムを還元剤とした硫酸ニッケ
ルめっき浴あるいは塩化ニッケルめっき浴を使用するこ
とができる。
述のように無電解めっき単独によるフルアディティブ法
で行うことが好ましいが、必要に応じて電解めっきを併
用することもできる。例えば、予め粗化された下地絶縁
樹脂層上に無電解めっき薄膜を全面形成後、市販のメッ
キレジストでパターンを形成し、電解めっきで厚付け
し、メッキレジストを除去後不要部分の無電解めっき薄
膜をクィックエッチングすることができる。
樹脂層上にフルオレン骨格を有するエポキシアクリレー
トまたはベンゾシクロブテンによりパターン形成した
後、上述の方法により全面に無電解めっき層を形成し、
不要な部分の無電解めっきをバフ研磨等により除去する
こともできる。
は、無電解めっきの触媒核を形成する方法として上述の
方法以外に通常の触媒付与工程、すなわちコロイドタイ
プのパラジウム触媒を使用することもできるし、塩酸酸
性の塩化第二錫溶液浸漬〔センシタイジング〕後に塩化
パラジウム溶液浸漬〔アクチベイティング〕することも
できる。
必要な層数を繰り返し形成することにより、多層配線構
造体を製造することができる。
ホールを形成することもできる。この場合最終導体層形
成前に貫通穴を形成し、穴内部にも金属化合物溶液を塗
布あるいは基板を溶液中に浸漬し、同様な処理を行えば
よい。
図面を参照して説明する。
等の支持基板上に前記一般式(4)に示したフルオレン
骨格を有するエポキシアクリレート樹脂を絶縁膜材料と
して用いて製造した導体三層構造体を製造工程順に示す
断面図である。
骨格を有するエポキシアクリレート樹脂を塗布した後、
加熱処理により硬化反応率20%の半硬化のエポキシア
クリレート膜10を形成する(図1(b))。この表面
をバフ研磨およびクロム酸塩水溶液中に浸漬して、Ra
が0.43μm,Ryが2.5μmの表面粗度に粗化し
た後、再び加熱処理することにより、硬化反応率を80
%とする。
を基板表面に均一塗布後、150℃で3時間加熱処理を
行い、さらに150℃で酸素プラズマ処理を1分間行っ
た。この上に再びフルオレン骨格を有するエポキシアク
リレート樹脂の膜11を塗布形成した(図1(c))
後、露光,現像,熱硬化(硬化反応率80%)により配
線パターン15を形成する。熱硬化後の樹脂膜厚は6μ
mとする。
/l水溶液中で5分間還元処理後十分水洗し、塩化パラ
ジウムの0.001M塩酸酸性溶液(pH1.5)中に
1分間浸漬し、十分水洗後ジャパンエナジー社の無電解
銅めっき液KC−500により、導体13としての銅を
6μm配線パターン15に析出させた(図1(d))。
その上に再び硝酸ニッケル処理層を設け、その上にフル
オレン骨格を有するエポキシアクリレート樹脂の膜12
を塗布形成した後、露光,現像,熱硬化(硬化反応率8
0%)によりヴィアホール16を形成する(図1
(e))。同様に、ヴィアホール16底部の硝酸ニッケ
ル層を還元,置換パラジウムめっき,無電解銅めっきを
実施し、ヴィアホール16内部に導体14としての銅を
析出させる(図1(f))。
(l)に示すように、エポキシアクリレート膜21,2
2,導体23,24,配線パターン25,ヴィアホール
26,エポキシアクリレート膜31,導体33,配線パ
ターン35,を形成して、導体13,14(23),2
4(33)からなる導体三層ブラインドヴィア構造が得
られる。
ント配線基板等の支持基板上に前記一般式(4)に示し
たフルオレン骨格を有するエポキシアクリレート樹脂を
絶縁膜材料として用いて製造した導体三層構造体の別の
実施形態断面図である。
骨格を有するエポキシアクリレート樹脂を塗布した後、
加熱処理により硬化反応率20%の半硬化膜(エポキシ
アクリレート膜)40を形成する(図2(b))。この
表面をバフ研磨およびクロム酸塩水溶液中に浸漬して、
Raが0.43μm,Ryが2.5μmの表面粗度に粗
化した後、再び加熱処理することにより、硬化反応率を
80%とする。続いて、硝酸ニッケルの0.05M水溶
液を基板表面に均一塗布後、150℃で3時間加熱処理
を行い、さらに150℃で酸素プラズマ処理を1分間行
った。この上に再びフルオレン骨格を有するエポキシア
クリレート樹脂の膜41を塗布形成した後、露光,現
像,熱硬化(硬化反応率80%)により配線パターン4
5を形成する(図2(c))。熱硬化後の樹脂膜厚は6
μmとする。
/l水溶液中で5分間還元処理後十分水洗し、塩化パラ
ジウムの0.001M塩酸酸性溶液(pH1.5)中に
1分間浸漬し、十分水洗後ジャパンエナジー社の無電解
銅めっき液KC−500により、導体43としての銅を
6μmパターン部に析出させた(図2(d))。
格を有するエポキシアクリレート樹脂の膜42を設け、
ヴィアパターン46を形成し(図2(e))、熱硬化
(硬化反応率20%)させた後、同様に、粗化,硝酸ニ
ッケル溶液処理を行い、さらにその上にフルオレン骨格
を有するエポキシアクリレート樹脂の膜51を形成し、
2層の膜42,51に配線パターン(硬化反応率80
%)55を形成する(図2(f))。ヴィアパターン4
6の底部および配線パターン55部の硝酸ニッケル層を
還元,置換パラジウムめっき,無電解銅めっきを実施
し、ヴィアパターン46内部に導体53としての銅を析
出させる(図2(g))。
〜図2(j)に示すように、エポキシアクリレート膜5
2,ヴィアパターン56,エポキシアクリレート膜6
1,配線パターン65,導体63を形成し、導体43,
53,63からなる導体三層ブラインドヴィア構造が得
られる。
ゾシクロブテン樹脂を絶縁材料として用いて製造した、
導体三層構造体の一実施形態を示す断面図である。
プロピルトリエトキシシランの1%水溶液を塗布後、ベ
ンゾシクロブテン樹脂を塗布し、加熱処理により硬化反
応率15%の半硬化膜(ベンゾシクロブテン膜)70を
形成する(図3(b)。この表面をバフ研磨および過マ
ンガン酸塩水溶液に浸漬することにより、Raが0.2
8μm,Ryが3.2μmの表面粗度に粗化した後、再
び加熱処理することにより、硬化反応率を70%とす
る。この基板上に再び3−アミノプロピルトリエトキシ
シランの1%水溶液を塗布後、ベンゾシクロブテン樹脂
の膜71を塗布形成した後、露光,現像,熱硬化(硬化
反応率70%)により配線パターン75を形成する(図
3(c))。熱硬化後の樹脂膜厚は7μmとする。
表面に均一塗布後、150℃で3時間加熱処理を行い、
さらに150℃で酸素プラズマ処理を1分間行った。
g/l水溶液中で10分間還元処理した後十分水洗し、
ジャパンエナジー社の無電解銅めっき液KC−500に
より導体73としての銅を7μmの膜厚で配線パターン
75に析出させた(図3(d))。
3(e)〜(k)に示すように、必要層数分繰り返して
実施し、ベンゾシクロブテン膜72,配線パターン7
5,導体73,ベンゾシクロブテン膜81,82,導体
83,配線パターン85,ベンゾシクロブテン膜91,
配線パターン95,導体93を順次形成する。この場
合、最終的に導体93を形成する前に、貫通スルーホー
ル96を設け、この基板を硫酸銅溶液中に浸漬後に同様
な処理を行えば、最終的な導体93と貫通スルーホール
93を同時に形成することができる。
パターンの層間絶縁膜をフルオレン骨格を有するエポキ
シアクリレートまたはベンゾシクロブテン樹脂膜で形成
しているので、耐熱性,低誘電率,低熱膨張率等の優れ
た特性を有し、さらに高精度かつ微細なヴィアホールを
有しており、電子部品や実装基板の高性能化および高密
度化による小型化を図ることができる。
ト配線基板あるいはモールド樹脂配線基板上にも形成で
き、さらに、導体プロセスをすべてウェットプロセスで
実施するため、電子部品や実装基板の低コスト化を図る
ことができる。
造プロセスを示す断面図である。
造プロセスを示す断面図である。
造プロセスを示す断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】表面粗化工程と、金属化合物層形成工程
と、メッキレジスト膜形成工程と、金属化工程と、メッ
キ工程と、導体回路形成工程とを有する多層配線構造体
の製造方法であって、 表面粗化工程は、基板表面に形成した絶縁樹脂層を表面
粗化する処理であり、その表面粗化は、粗化面の平均粗
さをRa,最大粗さをRyおよび導体厚さをTとした場
合に、 0.2≦Ra≦0.6〔単位:μm〕 0.02≦Ra/T≦0.2 0.05≦Ry/T≦0.5 の関係を満足するものであり、 金属化合物層形成工程は、粗化された絶縁樹脂層表面
に、還元により金属となる絶縁性良好な金属化合物層を
形成する処理であり、 メッキレジスト膜形成工程は、絶縁樹脂層表面上の導体
回路を形成すべき部分以外にメッキレジスト膜を形成す
る処理であり、 金属化工程は、露出している金属化合物層表面を還元
し、金属化する処理であり、 メッキ工程は、該金属表面をパラジウム置換めっきする
処理であり、 導体回路形成工程は、置換されたパラジウムを触媒核と
して無電解めっきを行い、導体回路を形成する処理であ
り、導体回路の厚さ(T)は、粗化面の平均粗さをR
a,最大粗さをRyとした場合に、 0.2≦Ra≦0.6〔単位:μm〕 0.02≦Ra/T≦0.2 0.05≦Ry/T≦0.5 の関係を満足するものであり、 金属塩の溶液を基板表面に塗布あるいは基板を溶液中に
浸漬した後に、乾燥,熱処理することにより、金属化合
物層を形成することを特徴とする多層配線構造体の製造
方法。 - 【請求項2】前記層間絶縁樹脂層が、フルオレン骨格を
有するエポキシアクリレートまたはベンゾシクロブテン
のいずれかであり、その粗化前の硬化反応率が15〜6
0%であり、粗化終了後加熱処理により硬化反応率を6
0%より高くすることを特徴とする請求項1に記載の多
層配線構造体の製造方法。 - 【請求項3】前記金属化合物が、コバルト,ニッケル,
鉄,銅の硝酸塩,硫酸塩,塩化物,蓚酸塩,酢酸塩また
は酸化物の少なくとも一種であることを特徴とする請求
項1に記載の多層配線構造体の製造方法。 - 【請求項4】前記金属化合物が、銅の硝酸塩,硫酸塩,
塩化物,蓚酸塩,酢酸塩または酸化物の少なくとも一種
であり、前記メッキ工程及び導体回路形成工程の代わり
に、金属化工程で還元された銅を触媒核として直接無電
解銅めっきを行うことを特徴とする請求項1に記載の多
層配線構造体の製造方法。 - 【請求項5】前記層間絶縁樹脂層およびメッキレジスト
層が、ともにフルオレン骨格を有するエポキシアクリレ
ートまたはベンゾシクロブテンの少なくとも1種であ
り、メッキメジスト層がそのまま絶縁層として残ること
を特徴とする請求項1に記載の多層配線構造体の製造方
法。
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