JP4640878B2

JP4640878B2 - 低誘電率樹脂絶縁層を用いた回路基板の製造方法及び低誘電率樹脂絶縁層を用いた薄膜多層回路フィルムの製造方法

Info

Publication number: JP4640878B2
Application number: JP2000185606A
Authority: JP
Inventors: 義克石月
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: JP2002009202A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低誘電率樹脂絶縁層を用いた回路基板或いは該低誘電率樹脂絶縁層を用いた薄膜多層回路フイルムを製造するのに好適な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、樹脂絶縁層を用いた回路基板或いは樹脂絶縁層を用いた薄膜多層回路フィルムを構成する絶縁層材料として、誘電率が３．５以上もある樹脂材料を用いている為、信号伝送回路の場合、寄生容量に依る信号の伝播遅延が発生する。
【０００３】
そこで、絶縁層を構成する樹脂材料の誘電率を低下させる為、樹脂材料の構造中にフッ素などを導入することが行なわれているが、誘電率を２．５以下にすることは実現されていないし、しかも、フッ素を含む絶縁層は積層し難く、多層回路基板や多層回路フィルムを形成することは困難であり、コストも高くなる。
【０００４】
また、樹脂材料中に熱分解する物質を添加しておき、絶縁層を形成してから加熱することで空洞を発生させ、誘電率を低下させることが行なわれているが、このようにして形成された絶縁層は、層の強度や密着性に問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、樹脂絶縁層を微細な多孔質にすることで、強度の低下を招来することなく誘電率を低下させ、その低誘電率樹脂絶縁層を用いた回路基板や薄膜多層回路フィルムを実現し、信号伝播の遅延を低減しようとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、樹脂絶縁層に金属微粒子を分散させ、その金属微粒子を化学エッチングすることで該樹脂絶縁層を多孔質化して誘電率を低減させることが基本になっている。
【０００７】
前記手段を採ることに依り、強度を低下させることなく多孔質化して誘電率を低下させた樹脂絶縁層を実現することができ、従って、その樹脂絶縁膜を用いた回路基板や薄膜多層回路フィルムは強度が高いので取り扱いが容易であり、そして、該基板やフィルムに作り込まれた回路では、信号伝播遅延が少ないので、良質の情報伝送や通信が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１乃至図３は本発明の実施の形態１を説明する為の工程要所に於ける絶縁層を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
【０００９】
図１（Ａ）参照
１−（１）
スパッタリング法を適用することに依り、シリコン・ウエハ１上にＣｕ層を形成する。
【００１０】
１−（２）
リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、エッチャントを硫酸アンモニウム及び硫酸ナトリウムとするウエット・エッチング法を適用することに依り、前記Ｃｕ層をエッチングして導体２を形成する。
【００１１】
尚、断面の関係で図示されていないが、この段階で必要箇所にビア（導電プラグ）を形成してよい。
【００１２】
１−（３）
スパッタリング法を適用することに依り、厚さが１００〔ｎｍ〕のＣｒからなるバリヤ層３を形成する。尚、バリヤ層３の材料としては、前記Ｃｒの他、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕなどを用いて良い。
【００１３】
１−（４）
リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、エッチャントをフェリシアン化カリウム及び水酸化ナトリウムとするウエット・エッチング法を適用することに依り、Ｃｒからなるバリヤ層３のうち、Ｃｕからなる導体２を覆うもの以外をエッチングして除去する。
【００１４】
図１（Ｂ）参照
１−（５）
工程１−（４）で形成したレジスト膜を除去してから、スピン・コート法を適用することに依り、ポリイミドからなる絶縁層４を形成してから温度４００〔℃〕、時間６０〔分〕の加熱を行なう。尚、この工程を経た絶縁膜４の厚さは約１０〔μｍ〕程度である。
【００１５】
図２（Ａ）参照
２−（１）
スパッタリング法を適用することに依り、厚さが０．５〔μｍ〕のＣｕからなる拡散用金属層５を成膜する。
【００１６】
図２（Ｂ）参照
２−（２）
温度４００〔℃〕、時間６０〔分〕の熱処理を行なって、拡散用金属層５からポリイミドからなる絶縁層４内にＣｕの微粒子６を拡散させる。
【００１７】
拡散用金属層５から樹脂層４内にＣｕの微粒子６を拡散するには、前記熱処理の他、高温雰囲気中に放置、高温多湿雰囲気中に放置等の手段を採っても良い。
【００１８】
２−（３）
化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）法を適用することに依り、Ｃｕからなる拡散用金属層５を研磨して除去する。
【００１９】
図３参照
３−（１）
全体を硫酸中に浸漬して超音波を加える処理を１０〔分〕間実施すると、絶縁層４内に分散していたＣｕの微粒子６がエッチングされ、その結果、絶縁層４には径が１００〔Å〕以下の空洞６Ａが生成されて多孔質となる。
【００２０】
本発明の場合、前記したように、下層の導体２はＣｒからなるバリヤ層３で覆われているので、この化学エッチングに依って導体２が損傷されることは皆無である。
【００２１】
前記工程を経て得られた多孔質化絶縁層４の誘電率を測定したところ、２．４なる値が得られた。因みに、従来の技術に依って多孔質化した絶縁層に於ける誘電率は２．５であるから、本発明に依った場合、僅かではあるが低い値が得られた。この理由は、分子レベルの大きさで空洞を形成した場合と、金属微粒子の大きさで空洞を形成した場合とでは、空洞率に違いがある為である。
【００２２】
本発明に依った場合、誘電率を低下させることができるのもさることながら、多孔質化しても分子構造に大きな影響を与えることがなく、従って、基材の物性を維持することができるので、強度並びに密着性の低下は生じない。
【００２３】
実施の形態２
図４乃至図７は本発明の実施の形態２を説明する為の工程要所に於ける絶縁層を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
【００２４】
図４（Ａ）参照
４−（１）
リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、スパッタリング法、リフト・オフ法を適用することに依り、ガラスからなる支持基板１１に樹脂薄膜多層回路フィルム形成予定部分に開口をもち且つ厚さが０．１〔μｍ〕のＣｒからなる密着層１２を形成する。
【００２５】
支持基板１１の材料としては、ガラスの他にシリコン・ウエハ、セラミックス基板などを用いることができ、また、密着層１２の材料としては、実施の形態１と同様、樹脂との密着性が良好なＣｕ、Ｔｉ、Ｎｉなど、シラン・カップリング剤などのカップリング剤を用いることができる。
【００２６】
図４（Ｂ）参照
４−（２）
スピン・コート法を適用することに依り、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸を塗布してから、温度４００〔℃〕、時間６０〔分〕のキュアーを行って、厚さが５〔μｍ〕のポリイミドからなる絶縁層１３（第一層）を形成する。
【００２７】
この絶縁層１３には、ポリイミドの他に種々な材料を用いることが可能であるが、後のプロセスに耐え得る材料として、現状ではポリイミドが最良であるが、そのポリイミドも、感光性があるもの、フィルム状のもの、感光性をもったフィルム状のものなど、種々な種類のものがあり、そして、フィルム状のものを用いる場合、スピン・コート法ではなく、貼り合わせで絶縁層１３を形成することができる。
【００２８】
４−（３）
実施の形態１と同様にしてＣｕからなる配線１４、ビア１５、ポリイミドからなる絶縁層１６（第二層）を形成し、次いで、同様の工程を繰り返すことで配線１７、ビア１８、絶縁層１９（第三層）、配線２０を形成する。
【００２９】
図５（Ａ）参照
５−（１）
密着層１２のエッジ、即ち、密着層１２と薄膜多層回路フィルム領域との界面に図示の矢印に見られるようにＹＡＧレーザを照射する。
【００３０】
図５（Ｂ）参照
５−（２）
工程５−（１）で説明したＹＡＧレーザの照射に依って、薄膜多層回路フィルム領域とその周囲との間には、図示されているような切り溝１９Ａが形成されて分離される。
【００３１】
尚、薄膜多層回路フィルム領域を周囲から分離するには、支持基板１１の裏面から薄膜多層回路フィルム領域の全域にレーザや紫外線等を照射するようにしても良く、その場合、支持基板１１はガラスなどの透明体であることが必要であり、紫外線を用いる場合には、絶縁層１３が感光性のものであることが必要である。
【００３２】
図６参照
６−（１）
薄膜多層回路フィルム領域を支持基板１１から剥離し、フレキシブル薄膜多層回路フィルム２１を取り出すが、この際、超音波を加えることで、剥離が容易になり、また、支持基板１１とフレキシブル薄膜多層回路フィルム２１との間に水分が入り込むと自然に分離して浮いてくる。
【００３３】
剥離が困難である場合には、表面に粘着テープを貼付し、その粘着テープを剥離することで、同時にフレキシブル薄膜多層回路フィルム２１を取り出すことができる。
【００３４】
図７参照
７−（１）
完成された樹脂絶縁層を用いたフレキシブル薄膜多層回路フィルムを剥離した後、フェリシアン化カリウム及び水酸化ナトリウムをエッチャントとして支持基板１１上のＣｒからなる密着層１２を剥離することで、その上の不要になった絶縁層１３などを同時に除去する。
【００３５】
７−（２）
表面に形成された諸被膜が全て除去された支持基板１１は、プラズマ照射、再研磨、スクラブなどの処理を施し、再使用することができる。
【００３６】
本発明に依る低誘電率樹脂絶縁膜の用途としては、樹脂薄膜多層回路基板、プリント配線板、ＭＣＭ（ｍｕｌｔｉｃｈｉｐｍｏｄｕｌｅ）基板、半導体チップなどに応用することができ、また、フレキシブルである薄膜多層回路フィルムは、デバイスとＭＣＭ基板とを結ぶインターポーザ、ガラス・エポキシ回路基板などに接合したプリント回路基板、セラミックス回路基板などに接合したＭＣＭ、その他の電子装置に応用できるなど多岐に亙る。
【００３７】
本発明に於いては、前記説明した実施の形態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、それを付記として例示する。
【００３８】
（付記１）
基板（例えばシリコン・ウエハ１）に樹脂絶縁層（例えばポリイミドからなる絶縁層４）を形成してから金属微粒子（例えばＣｕの微粒子６）を拡散する工程と、
該金属微粒子を化学エッチングして微細な孔（例えば空洞６Ａ）を生成して該樹脂絶縁層を多孔質化する工程と
が含まれてなることを特徴とする低誘電率樹脂絶縁層の製造方法。（１）
【００３９】
（付記２）
基板（例えばシリコン・ウエハ１）上に配線などの導体（例えば導体２）を形成してから該導体を覆うバリヤ層（例えばバリヤ層３）を形成する工程と、
全面を覆う樹脂絶縁層（例えばポリイミドからなる絶縁層４）及び拡散用金属層（例えばＣｕからなる拡散用金属層５）を積層形成する工程と、
該拡散用金属層から該樹脂絶縁層に金属微粒子（Ｃｕの微粒子６）を拡散させてから該拡散用金属層を除去する工程と、
該樹脂絶縁層に拡散された金属微粒子のみを化学エッチングして微細な孔（例えば空洞６Ａ）を生成させて該樹脂絶縁層を多孔質化する工程と
が含まれてなることを特徴とする低誘電率樹脂絶縁層を用いた回路基板の製造方法。（２）
【００４０】
（付記３）
（付記２）に於いて、前記樹脂絶縁層を多孔質化する工程を経た後、
該多孔質化樹脂絶縁膜上に配線などの導体を形成してから該導体を覆うバリヤ層を形成する工程と、全面を覆う樹脂絶縁層及び拡散用金属層を積層形成する工程と、該拡散用金属層から該樹脂絶縁層に金属微粒子を拡散させてから該拡散用金属層を除去する工程と、該樹脂絶縁層に拡散された金属微粒子のみを化学エッチングして微細な孔を生成させて該樹脂絶縁層を多孔質化する工程とを繰り返して多層にすること
を特徴とする低誘電率樹脂絶縁層を用いた回路基板の製造方法。
【００４１】
（付記４）
支持基板（例えばガラスからなる支持基板１１）上に該支持基板とは密着性が低い第一の樹脂絶縁層（例えばポリイミドからなる絶縁層１３）を形成する工程と、
該第一の樹脂絶縁層上に配線などの第一の導体（例えば配線１４）を形成してから該第一の導体を覆うバリヤ層（図示せず）を形成する工程と、
全面を覆う第二の樹脂絶縁層（例えばポリイミドからなる絶縁層１６）及び拡散用金属層（例えば銅層）
を積層形成する工程と、
該拡散用金属層から該第二の樹脂絶縁層に金属微粒子（例えば銅の微粒子）を拡散させてから該拡散用金属層を除去する工程と、
該第二の樹脂絶縁層に拡散された金属微粒子のみを化学エッチングして微細な孔を生成させて該第二の樹脂絶縁層を多孔質化する工程と、
該固定基板上の第一の絶縁層から最表面層までを剥離してフレキシブル薄膜多層回路フィルムとする工程と
が含まれてなることを特徴とする低誘電率樹脂絶縁層を用いた薄膜多層回路フィルムの製造方法。（３）
【００４２】
【発明の効果】
本発明に依る低誘電率樹脂絶縁層の製造方法及び該絶縁層を用いた回路基板の製造方法及び該絶縁層を用いた薄膜多層回路フィルムの製造方法に於いては、基板に樹脂絶縁層を形成してから金属微粒子を拡散し、該金属微粒子を化学エッチングして微細な孔を生成して該樹脂絶縁層を多孔質化することが基本になっている。
【００４３】
前記構成を採ることに依り、強度を低下させることなく多孔質化して誘電率を低下させた樹脂絶縁層を実現することができ、従って、その樹脂絶縁膜を用いた回路基板や薄膜多層回路フィルムは強度が高いので取り扱いが容易であり、そして、該基板やフィルムに作り込まれた回路では、信号伝播遅延が少ないので、良質の情報伝送や通信が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を説明する為の工程要所に於ける絶縁層を表す要部切断側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１を説明する為の工程要所に於ける絶縁層を表す要部切断側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１を説明する為の工程要所に於ける絶縁層を表す要部切断側面図である。
【図４】本発明の実施の形態２を説明する為の工程要所に於ける絶縁層を表す要部切断側面図である。
【図５】本発明の実施の形態２を説明する為の工程要所に於ける絶縁層を表す要部切断側面図である。
【図６】本発明の実施の形態２を説明する為の工程要所に於ける絶縁層を表す要部切断側面図である。
【図７】本発明の実施の形態２を説明する為の工程要所に於ける絶縁層を表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
１シリコン・ウエハ
２導体
３バリヤ層
４絶縁層
５拡散用金属層
６Ｃｕの微粒子
６Ａ空洞

Claims

基板上に導体を形成してから該導体を覆うバリヤ層を形成する工程と、
全面を覆う樹脂絶縁層及び拡散用金属層を積層形成する工程と、
該拡散用金属層から該樹脂絶縁層に金属微粒子を拡散させてから該拡散用金属層を除去する工程と、
該樹脂絶縁層に拡散された金属微粒子のみを化学エッチングして孔を生成させて該樹脂絶縁層を多孔質化する工程と
が含まれてなることを特徴とする低誘電率樹脂絶縁層を用いた回路基板の製造方法。
支持基板上に第一の樹脂絶縁層を形成する工程と、
該第一の樹脂絶縁層上に第一の導体を形成してから該第一の導体を覆うバリヤ層を形成する工程と、
全面を覆う第二の樹脂絶縁層及び拡散用金属層を積層形成する工程と、
該拡散用金属層から該第二の樹脂絶縁層に金属微粒子を拡散させてから該拡散用金属層を除去する工程と、
該第二の樹脂絶縁層に拡散された金属微粒子のみを化学エッチングして孔を生成させて該第二の樹脂絶縁層を多孔質化する工程と、
該支持基板上の第一の樹脂絶縁層から最表面層までを剥離してフレキシブル薄膜多層回路フィルムとする工程と
が含まれてなることを特徴とする低誘電率樹脂絶縁層を用いた薄膜多層回路フィルムの製造方法。