JP2920854B2 - ビィアホール構造及びその形成方法 - Google Patents

ビィアホール構造及びその形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁膜中に形成される
層間接続用のビィアホールの構造とその形成方法とに関
する。さらに詳しくは、多層配線基板、高密度実装用の
印刷回路、プリント板、配線板、電子部品の保護膜、層
間絶縁膜等に形成される層間接続用の微細なビィアホー
ルの形状を、次の工程で実施される配線用金属膜の蒸着
工程においてビィアホール内に金属膜が良好に埋め込ま
れるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、有機物の絶縁膜としてポリイミド
樹脂が注目されている。しかし、耐熱性、絶縁性、強靭
性を有するポリイミドは本来感光性を有していないの
で、ポリイミド膜に微細なビィアホールを形成するには
レジストマスクを使用してエッチングするプロセスが必
要であり、以下に示すように煩雑な工程を伴う。
【０００３】まず、プリント板やシリコンウェーハ等の
基板上にスピンコート法、スプレーコート法、ロールコ
ート法等を使用して感光性の付与されていないポリイミ
ド前駆体を塗布し、その上に同様な方法を使用してフォ
トレジストを塗布した後、プリベークしてポリイミド前
駆体やフォトレジストに含まれる溶媒を蒸発させて乾板
とする。この乾板にビィアホールパターンの形成された
フォトマスクを被せ、その上から紫外線等の光を照射し
て露光・現像し、ビィアホールパターンに対応したレジ
ストパターンを形成する。このフォトレジストの現像に
は通常溶媒処理がなされるので、その後にポストベーク
が必要である。次に、レジストパターンをマスクにして
プラズマエッチングやウェットエッチングをなしてポリ
イミド膜をエッチングし、ポリイミド膜にビィアホール
を形成する。最後に、フォトレジスト膜を剥離し、熱処
理をなしてイミド化させ、ビィアホールの形成されたポ
リイミド膜を完成する。ウェットエッチング時に、ポリ
イミド膜は等方的にエッチングされるため、アスペクト
比（膜厚／ビィアホール径）の大きいビィアホールを形
成する場合には、上部の側壁が削れ、テーパ状となって
高密度化の支障となる。これは、ウェットエッチングの
テーパ角は一義的に決まってしまい、４０°と小さいた
めである。
【０００４】このような問題点を解決するため、また、
煩雑な処理工程を削減するために、フォトレジストの助
けを借りないでポリイミド膜にビィアホールを形成する
ことができる感光性ポリイミドが開発された。この感光
性ポリイミドはポリイミド自体の分子内に感光性の官能
基を付与し、露光された領域のみを光反応させて未露光
領域に比べて溶解性を低くし、溶媒処理による現像によ
ってマスクパターンに対応する露光領域のみを残留させ
るものである。さらに、溶解塵をきれいに除去するた
め、露光部を溶解しないエチルアルコールやイソプロピ
ルアルコールを使用してリンスする。最後に熱処理を施
して耐熱性の悪い感光性の官能基を解重合して除去し、
耐熱性の良いポリイミド部分だけを残留させイミド化さ
せる。なお、材料メーカーによって感光性の官能基の導
入方法が異なっており、共有結合タイプやイオン結合タ
イプ等がある。
【０００５】図９に多層配線基板の断面図を示す。図に
おいて、１は基板であり、８は絶縁層であり、13は配線
層であり、７は層間接続用のビィアホールである。ポリ
イミドは１回の塗布厚さは１０μｍ程度と薄く、絶縁層
８に十分な絶縁性をもたせるためには複数回重ねて塗布
することが必要である。この複数層のポリイミド膜より
なる絶縁層８にビィアホール７を形成する場合、ビィア
ホールの形状を図８（ａ）に示すように、正テーパ状に
することが次の工程で実施される配線用金属膜の形成に
有効である。配線用金属膜の形成には、乾式の場合、通
常、真空蒸着法やスパッタ法が使用されており、ビィア
ホールの形状が図８（ｂ）に示すように側面が垂直にな
っていたり、図８（ｃ）に示すように逆テーパ状になっ
ていると、配線用金属膜がビィアホール内に堆積されに
くゝなったり、あるいは、完全に堆積できなかったりす
る領域が発生する。
【０００６】この問題の解決を計って以下に示すビィア
ホール形成方法が提案されている。図６（ａ）に示すよ
うに、基板１上に第１層目のポリイミド膜２を塗布し、
これを選択的に露光・現像して第１のビィアホール４を
形成する。
【０００７】次に、図６（ｂ）に示すように、第２層目
のポリイミド膜５を塗布する。次に、図６（ｃ）に示す
ように、第１のビィアホール４より大きいビィアホール
パターンの形成されたネガ型のガラスマスク６を第１の
ビィアホール４と中心が一致するようにセットし、露光
する。
【０００８】次に、図７（ａ）に示すように現像処理を
なした後、キュアー処理を施して図７（ｂ）に示すよう
に上層の口径が下層の口径より大きいビィアホール14を
形成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のビィ
アホールの形状は上方に広がってはいるものゝテーパ状
になっていないため、配線用金属膜を堆積したときに金
属膜がビィアホール内に完全に埋め込まれないことがあ
る。
【００１０】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、多層配線基板等の絶縁膜に形成されるビィアホ
ールの形状が、その絶縁膜の上に配線用金属膜を形成し
た時に金属膜をもって完全に埋め込まれるように形成さ
れてなるビィアホール構造とその形成方法とを提供する
ことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的のうちビィア
ホール構造は、複数層の感光性樹脂絶縁物膜（２・５）
よりなる絶縁層（８）と導電体よりなる配線層（１３）
とが交互に積層されている多層配線基板の前記の複数層
の感光性樹脂絶縁物膜（２・５）よりなる絶縁層（８）
に形成されるビィアホール（７）の口径が、底部より上
部に向かって緩やかに大きくされていることによって達
成される。
【００１２】また、ビィアホールの形成方法は、第１層
目の感光性樹脂絶縁物膜（２）を形成し、この第１層目
の感光性樹脂絶縁物膜（２）に第１のビィアホール
（４）を形成し、次いで、第２層目の感光性樹脂絶縁物
膜（５）を形成し、この第２層目の感光性樹脂絶縁物膜
（５）に第１のビィアホール（４）より小さい第２のビ
ィアホール（７）を第１のビィアホール（４）と中心が
一致するように形成する工程を複数層の感光性樹脂絶縁
物膜のすべての層に対して順次実行することによって達
成される。
【００１３】なお、ビィアホール構造においては、ビィ
アホール（７）の上部口径は３００μｍ以下であり、前
記の感光性樹脂絶縁物は感光性ポリイミドまたは感光性
ポリイミド前駆体を含むものであることが好ましく、ま
た、前記のビィアホール（７）には乾式法を使用して金
属膜が形成されるものとし、前記の絶縁層（８）の厚さ
は２μｍ〜１００μｍであるものとする。さらにまた、
このビィアホール構造は高密度実装用印刷回路、プリン
ト板、配線板、電子部品の保護膜または層間絶縁膜にも
形成されるものとする。
【００１４】また、ビィアホールの形成方法において
は、前記の感光性樹脂絶縁物膜は感光性樹脂絶縁物を少
なくとも１の溶剤に溶解させた塗液を塗布して形成する
ことが好ましく、前記の感光性樹脂絶縁物は感光性ポリ
イミドまたは感光性ポリイミド前駆体を含むことが好ま
しい。また、前記のビィアホール（７）には乾式法を使
用して金属膜が形成されるものとし、前記の絶縁層
（８）の厚さは２μｍ〜１００μｍであるものとする。
さらにまた、前記のビィアホールの形成方法を使用し
て、高密度実装用印刷回路、プリント板、配線板、電子
部品の保護膜または層間絶縁膜にビィアホールを形成す
ることができる。
【００１５】
【作用】複数の感光性樹脂絶縁物膜２・５よりなる絶縁
層８にビィアホール７を形成するにあたり、まず第１層
目の感光性樹脂絶縁物膜２を形成してこれに第１のビィ
アホール４を形成し、次いで第２層目の感光性樹脂絶縁
物膜５を形成し、これに第１のビィアホール４と中心が
一致するように第１のビィアホール４より小さい第２の
ビィアホール７を形成すれば、口径が底部より上部に向
かって漸次大きくなる正テーパ状のビィアホールが形成
されることを本発明の発明者は見出した。なお、感光性
樹脂絶縁物膜が３層以上の場合には上記工程をさらに上
層の感光性樹脂絶縁物膜に対して順次実行すればよく、
また、ビィアホールのテーパ角は、下層の感光性樹脂絶
縁物膜に形成されるビィアホールの大きさを制御するこ
とによって自由に変えられることを実験により確認し
た。
【００１６】なお、最上層を除いては必ずしも感光性樹
脂絶縁物膜を使用する必要はなく、非感光性樹脂絶縁物
膜を使用してもよいが、前記のように、ビィアホール形
成工程が煩雑になると云う欠点を伴う。また、最上層を
含むすべての層に非感光性樹脂絶縁物膜を使用すること
も可能であるが、同様にビィアホール形成工程が煩雑に
なることゝ、ビィアホールの形状が感光性樹脂絶縁物膜
を使用する場合に比べて多少悪くなる。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明に係る三つの
実施例について説明する。第１例 図２（ａ）に示すように、直径が３インチの前処理を施
したシリコンウェーハ１の上に１層目の感光性ポリイミ
ド前駆体ワニス２（不揮発分１７．５重量％）をスピン
コートして１１０℃の温度で１時間プリベークする。プ
リベーク後の膜厚は１４μｍであった。次いで、直径５
０μｍのビィアホールパターンの形成されたネガ型のガ
ラスマスク３を前記シリコンウェーハ１上にセットし、
波長３６５ｎｍの紫外線を露光量２５０ｍＪ／ｃｍ２を
もって照射する。
【００１８】図２（ｂ）に示すように、Ｎ−メチル−２
−ピロリドン液を使用して超音波現像をなし、次いで、
エチルアルコール液でリンスすることによって露光され
たパターン領域は残留し、未露光領域であるビィアホー
ル部分は溶出する。次いで、２００℃の温度で３０分間
セミキュアし、第１のビィアホール４の形成された１０
μｍ厚の第１層目のポリイミド膜２を形成する。
【００１９】図２（ｃ）に示すように、２層目の感光性
ポリイミド前駆体ワニス５をスピンコートして１１０℃
の温度で１時間プリベークする。図１（ａ）に示すよう
に、直径２０μｍのビィアホールパターンの形成された
ネガ型のガラスマスク６を１層目に形成された５０μｍ
の第１のビィアホール４と中心が一致するようにセット
し、波長３６５ｎｍの紫外線を露光量３５０ｍＪ／ｃｍ
2 をもって照射する。
【００２０】図１（ｂ）に示すように、Ｎ−メチル−２
−ピロリドン液を使用して超音波現像をなし、次いで、
エチルアルコール液でリンスすることによって露光され
たパターン領域は残留し、未露光領域のビィアホール部
分は溶出して第２のビィアホール７が形成される。
【００２１】図１（ｃ）に示すように、２００℃の温度
で３０分間セミキュアし、次いで、３５０℃の温度で３
０分間キュアすることによって、正テーパ状のビィアホ
ール７の形成された２層のポリイミド膜２・５よりなる
合計膜厚１５μｍの絶縁層８が形成される。
【００２２】２層のポリイミド膜２・５よりなる絶縁層
８に形成されたビィアホール７の断面を走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）で観察した結果、図５（ａ）に示すよう
に、底部の口径が１８μｍであり、上部の口径が４５μ
ｍである正テーパ構造のビィアホールが形成されている
ことが観察された。
【００２３】このビィアホールにスパッタ法を使用して
銅膜を、また、真空蒸着法を使用してアルミニウム膜を
それぞれ２μｍ厚に形成し、同様に走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）で断面を観察したところ、いずれも断線部分
は観察されなかった。
【００２４】比較例 比較のために、１層目のポリイミド膜２に形成するビィ
アホールの口径を２０μｍとし、２層目のポリイミド膜
に形成するビィアホールの口径を５０μｍとし、その他
は第１例と同一の条件のもとにビィアホールを形成し
た。
【００２５】絶縁層に形成されたビィアホールの断面を
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、正テー
パ構造が形成されているのが観察されなかった。上層の
形状はやゝ逆テーパ構造となっているのが観察された。
【００２６】このビィアホールに、スパッタ法を使用し
て銅膜を、また、真空蒸着法を使用してアルミニウム膜
をそれぞれ２μｍ厚に形成し、走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）で観察したところ、図５（ｂ）に示すように、いず
れの場合もビィアホールの側面部に断線個所が発生して
いるのが観察された。なお、銅膜またはアルミニウム膜
は図中に13をもって示す。
【００２７】第２例 図２（ａ）に示すように、ベルサイズのセラミック基板
１上に１層目の感光性ポリイミド前駆体ワニス２（不揮
発分１７．５重量％）をスピンコートして１１０℃の温
度で１時間プリベークする。プリベーク後の膜厚は９μ
ｍであった。次いで、直径６０μｍのビィアホールパタ
ーンの形成されたネガ型のガラスマスク３を前記セラミ
ック基板１上にセットし、波長３６５ｎｍの紫外線を露
光量２５０ｍＪ／ｃｍ2 をもって照射する。
【００２８】図２（ｂ）に示すように、Ｎ−メチル−２
−ピロリドン−メタノール混合液を使用して超音波現像
をなし、次いで、エチルアルコール液でリンスすること
によって露光されたパターン領域は残留し、未露光領域
であるビィアホール部分は溶出する。次いで、２００℃
の温度で３０分間セミキュアし、第１のビィアホール４
の形成された５μｍ厚の第１層目のポリイミド膜２を形
成する。
【００２９】図２（ｃ）に示すように、２層目の感光性
ポリイミド前駆体ワニス５をスピンコートして１１０℃
の温度で１時間プリベークする。図１（ａ）に示すよう
に、直径３０μｍのビィアホールパターンの形成された
ネガ型のガラスマスク６を１層目に形成された６０μｍ
の第１のビィアホール４と中心が一致するようにセット
し、波長３６５ｎｍの紫外線を露光量４００ｍＪ／ｃｍ
2 をもって照射する。
【００３０】図１（ｂ）に示すように、Ｎ−メチル−２
−ピロリドン−メタノール混合液を使用して超音波現像
をなし、次いで、エチルアルコール液でリンスすること
によって露光されたパターン領域は残留し、未露光領域
のビィアホール部分は溶出して第２のビィアホール７が
形成される。
【００３１】図１（ｃ）に示すように、２００℃の温度
で３０分間セミキュアし、次いで、３００℃の温度で３
０分間キュアすることによって、正テーパ状のビィアホ
ール７の形成された２層のポリイミド膜２・５よりなる
合計膜厚１０μｍの絶縁層８が形成される。
【００３２】２層のポリイミド膜２・５よりなる絶縁層
８に形成されたビィアホール７の断面を走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）で観察した結果、図５（ａ）に示すよう
に、底部の口径が３０μｍであり、上部の口径が５０μ
ｍである正テーパ構造のビィアホールが形成されている
ことが観察された。
【００３３】このビィアホールにスパッタ法を使用して
銅膜を、また、真空蒸着法を使用してアルミニウム膜を
それぞれ２μｍ厚に形成し、同様に走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）で断面を観察したところ、いずれも断線部分
は観察されなかった。
【００３４】第３例 第２例において作製した図３（ａ）に示す２層のポリイ
ミド膜２・５よりなる絶縁層に、図３（ｂ）に示すよう
に、３層目の感光性ポリイミド前駆体ワニス９をスピン
コートして１１０℃の温度で１時間プリベークする。
【００３５】図３（ｃ）に示すように、直径２０μｍの
ビィアホールパターンの形成されたネガ型ガラスマスク
10を２層目のポリイミド膜５に形成された直径３０μｍ
のビィアホール７と中心が一致するようにセットし、波
長３６５ｎｍの紫外線を露光量４００ｍＪ／ｃｍ2 をも
って照射する。
【００３６】図４（ａ）に示すように、Ｎ−メチル−２
−ピロリドン−メタノール混合液を使用して超音波現像
し、次いで、エチルアルコール液でリンスすることによ
って、露光されたパターン領域は残留し、未露光領域で
あるビィアホール部分は溶出して第３のビィアホール11
が形成される。
【００３７】図４（ｂ）に示すように、２００℃の温度
で３０分間セミキュアし、次いで、３００℃の温度で３
０分間キュアすることによって、ビィアホール11の形成
された３層のポリイミド膜２・５・９よりなる合計膜厚
１５μｍの絶縁層12が形成された。
【００３８】３層のポリイミド膜２・５・９よりなる絶
縁層12に形成されたビィアホールの断面を走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果、図５（ｃ）に示すよう
に底部の口径が１８μｍであり、上部の口径が５０μｍ
である正テーパ構造のビィアホールが形成されているこ
とが観察された。
【００３９】この結果、絶縁層が３層以上の感光性絶縁
物膜をもって形成される場合にも、最上層の感光性絶縁
物膜に形成するビィアホールの口径を下層の感光性絶縁
物膜に形成するビィアホールの口径より小さくすること
によって正テーパ構造のビィアホールを形成しうること
が容易に類推される。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係るビィ
アホール構造及びその形成方法においては、絶縁層をな
す複数層の感光性樹脂絶縁物膜に下層から上層に向かっ
て順次口径の小さいビィアホールを形成することによっ
て正テーパ形状のビィアホールを形成することができる
ので、次の工程で実行される配線用金属膜の形成におい
て金属膜が良好にビィアホール内に埋め込まれ、電子部
品の信頼性向上に寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１及び第２実施例のビィアホール形成工程図
（その２）である。
【図２】第１及び第２実施例のビィアホール形成工程図
（その１）である。
【図３】第３実施例のビィアホール形成工程図（その
１）である。
【図４】第３実施例のビィアホール形成工程図（その
２）である。
【図５】ＳＥＭで観察したビィアホールの断面である。
【図６】従来技術に係るビィアホール形成工程図（その
１）である。
【図７】従来技術に係るビィアホール形成工程図（その
２）である。
【図８】ビィアホールの各種形状を示す断面図である。
【図９】多層配線基板の断面図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 第１層目の樹脂絶縁物膜または感光性樹脂絶縁物膜 ３ マスク ４ 第１のビィアホール ５ 第２層目の樹脂絶縁物膜または感光性樹脂絶縁物膜 ６ マスク ７ 第２のビィアホール ８ 絶縁層 ９ 第３層目の樹脂絶縁物膜または感光性樹脂絶縁物膜 10 マスク 11 第３のビィアホール 12 絶縁層 13 配線層 14 ビィアホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀越 英二 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 川村 勲 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−111296（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−20399（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05K 3/46

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数層の感光性樹脂絶縁物膜（２・５）
    よりなる絶縁層（８）と導電体よりなる配線層（１３）
    とが交互に積層されてなる多層配線基板の前記複数層の
    感光性樹脂絶縁物膜（２・５）よりなる絶縁層（８）に
    形成されるビィアホール（７）の口径は、底部より上部
    に向かって緩やかに大きくされてなることを特徴とする
    多層配線基板のビィアホール構造。
  2. 【請求項２】 複数層の感光性樹脂絶縁物膜（２・５）
    よりなる絶縁層（８）と導電体よりなる配線層（１３）
    とが交互に積層されてなる多層配線基板の前記複数層の
    感光性樹脂絶縁物膜（２・５）よりなる絶縁層（８）に
    ビィアホール（７）を形成する工程は、 第１層目の感光性樹脂絶縁物膜（２）を形成し、該第１
    層目の感光性樹脂絶縁物膜（２）に第１のビィアホール
    （４）を形成し、 第２層目の感光性樹脂絶縁物膜（５）を形成し、該第２
    層目の感光性樹脂絶縁物膜（５）に第１のビィアホール
    （４）より小さい第２のビィアホール（７）を第１のビ
    ィアホール（４）と中心が一致するように形成する工程
    を複数層の感光性樹脂絶縁物膜のすべての層に対して順
    次実行することを特徴とするビィアホールの形成方法。
  3. 【請求項３】 前記感光性樹脂絶縁物膜（２・５）は、
    感光性ポリイミド膜であることを特徴とする請求項１記
    載の多層配線基板のビィアホール構造。
  4. 【請求項４】 前記感光性樹脂絶縁物膜（２・５）は、
    感光性ポリイミド膜であることを特徴とする請求項２記
    載のビィアホールの形成方法。
  5. 【請求項５】 請求項１または３記載のビィアホール構
    造が高密度実装用印刷回路、プリント板、配線板、電子
    部品の保護膜または層間絶縁膜に形成されてなることを
    特徴とするビィアホール構造。
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