JP6550910B2 - 多層配線構造、多層配線基板及び多層配線構造の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層配線構造、多層配線基板及び多層配線構造の製造方法に関するものである。

電子機器等には、電子部品が搭載された電子回路基板が用いられており、このような電子回路基板のうち多層配線基板においては、基板に多層配線構造が形成されている。多層配線基板における多層配線構造の一部を単純化して説明すると、絶縁体等により形成された基板の上に、金属等により形成された下層配線層、絶縁体により形成された層間絶縁膜、金属等により形成された上層配線層が積層されている。層間絶縁膜には、層間絶縁膜を貫通するビア開口部が設けられており、下層配線層と上層配線層とは、ビア開口部において電気的に接続されている。このような多層配線構造は、低コストで製造することが求められていることの他、ビア開口部における接続されている部分の電気抵抗が低く、電気的特性が良好であること等が求められている。

特開２００１−１２７４２８号公報

図１から図３に基づき、多層配線基板における多層配線構造の形成方法について説明する。最初に、図１に示されるように、ガラスエポキシやポリイミド等の絶縁性を有する材料により形成された基板９１０の上に、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）等により下層配線層９２０を形成する。下層配線層９２０は、配線９２１と配線９２１に接続された電極９２２とを有している。尚、図１（ａ）は、この工程における上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）における一点鎖線１Ａ−１Ｂにおいて切断した断面図である。

次に、図２に示されるように、下層配線層９２０の電極９２２が形成されている領域に開口部９４０ａを有する層間絶縁膜９４０を形成する。層間絶縁膜９４０は絶縁体材料により形成されている。尚、図２（ａ）は、この工程における上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における一点鎖線２Ａ−２Ｂにおいて切断した断面図である。

次に、図３に示されるように、下層配線層９２０の電極９２２の上及び層間絶縁膜９４０の上の一部に、ＣｕやＡｇ等により上層配線層９５０を形成する。上層配線層９５０は、低コスト化の観点より、例えば、ＣｕやＡｇ等を含む金属インクをインクジェット方式により塗布した後、焼成することにより形成する。上層配線層９５０は、配線９５１と配線９５１に接続された電極９５２とを有しており、上層配線層９５０の電極９５２は、層間絶縁膜９４０の開口部９４０ａに形成され、配線９５１は層間絶縁膜９４０の上に形成される。これにより、層間絶縁膜９４０の開口部９４０ａにおいて、下層配線層９２０の電極９２２と上層配線層９５０の電極９５２とが接続され、下層配線層９２０と上層配線層９５０とが電気的に接続される。尚、図３（ａ）は、この工程における上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における一点鎖線３Ａ−３Ｂにおいて切断した断面図である。

ところで、金属インクは流動性を有しており、開口部９４０ａは層間絶縁膜９４０が形成されている領域よりも高さが低くなっている。よって、上記の方法により、上層配線層９５０を形成した場合、上層配線層９５０を形成するために塗布された金属インクは、低くなっている層間絶縁膜９４０の開口部９４０ａに流れ込み、電極９５２が形成される部分の金属インクの量が多くなり厚くなる。従って、金属インクに含まれる溶媒を揮発させる焼成の工程においては、上層配線層９５０の電極９５２を形成するための金属インクに含まれる溶媒を十分に揮発させることができない。このため、上層配線層９５０の電極９５２には、一部の溶媒９６０が含まれた状態となる。このように、電極９５２に溶媒９６０が含まれていると、電気抵抗が高くなり、電気的な特性が悪くなるといった問題や、信頼性が低下するといった問題が生じる。尚、上層配線層９５０を形成する際、薄く金属インクを塗布し焼成する工程を複数繰り返すことにより、上層配線層９５０の電極９５２に含まれる溶媒９６０の量を減らす方法が考えられる。しかしながら、この方法では、工程数が増え、時間とコストが大幅に増加するため、好ましくない。

従って、多層配線構造の上層配線層を金属インク等を用いて形成する場合において、低コストで製造することができ、電気的特性が良好であり、信頼性の高い多層配線構造が求められている。

本実施の形態の一観点によれば、金属材料により形成された電極と配線とを有する下層配線層と、前記下層配線層の上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の上に金属材料により形成された電極と配線とを有する上層配線層と、を有し、前記層間絶縁膜には、前記下層配線層の電極が形成されている領域に開口部が形成されており、前記層間絶縁膜の開口部に、前記上層配線層の電極が形成されることにより、前記層間絶縁膜の開口部において、前記下層配線層の電極と前記上層配線層の電極とが電気的に接合されるものであって、前記下層配線層の電極には、溶媒を吸収する材料により溶媒吸収部が形成されており、前記上層配線層の電極は、前記下層配線層の電極及び前記溶媒吸収部の上に形成されており、前記下層配線層の電極の中央部分には開口部が形成されており、前記溶媒吸収部は前記下層配線層の電極の開口部に形成されており、前記溶媒吸収部は、多孔質体により形成されていることを特徴とする。

開示の多層配線構造によれば、多層配線構造の上層配線層を金属インク等を用いて形成する場合において、低コストで、電気的特性を良好にすることができ、信頼性を高めることができる。

多層配線構造の製造方法の工程図（１） 多層配線構造の製造方法の工程図（２） 多層配線構造の製造方法の工程図（３） 本実施の形態における多層配線構造の製造方法のフローチャート 本実施の形態における多層配線構造の製造方法の工程図（１） 本実施の形態における多層配線構造の製造方法の工程図（２） 本実施の形態における多層配線構造の製造方法の工程図（３） 本実施の形態における多層配線構造の製造方法の工程図（４）

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４に基づき本実施の形態における多層配線構造の製造方法について説明する。

最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）に示すように、基板１０の上に、下層配線層２０を形成する。具体的には、基板１０の表面に、ＣｕやＡｇ等の微粒子を含む金属インクをインクジェット方式による印刷により塗布した後、１５０℃の温度で１時間焼成することにより形成する。これにより、図５に示されるように、基板１０の表面に、厚さが１μｍ〜１０μｍの下層配線層２０を形成する。下層配線層２０は、配線２１と配線２１に接続された電極２２とを有しており、電極２２の中央部分には開口部２２ａが形成されている。電極２２は半径１００μｍ〜２００μｍの略円形で形成されており、開口部２２ａは半径５０μｍの略円形で形成されている。尚、図５（ａ）は、この工程における上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ａ−５Ｂにおいて切断した断面図である。

基板１０は、絶縁性を有する材料により形成されており、ガラスエポキシ、セラミックス、ポリイミド等により形成されている。金属インクは、金属ナノ粒子インクである。上記においては、下層配線層２０をインクジェット方式による印刷により形成する場合について説明したが、下層配線層２０はスクリーン印刷により形成してもよい。この場合には、金属インクに代えて、金属ペーストが用いられる。

次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）に示すように、下層配線層２０の電極２２の開口部２２ａに、溶媒吸収部３０を形成する。具体的には、基板１０において、電極２２の開口部２２ａに、シリカ分散液をインクジェット方式による印刷により塗布した後、１５０℃の温度で１時間焼成することにより形成する。これにより、図６に示されるように、下層配線層２０の電極２２の開口部２２ａであった中央部分に、下層配線層２０の厚さと略同じ厚さの溶媒吸収部３０を形成する。このように形成された溶媒吸収部３０は、多孔質体である多孔質シリカにより形成されており、空隙率は、約４０％である。シリカ分散液をインクジェット方式による印刷により塗布する際には、シリカ分散液が下層配線層２０の電極２２の上に、塗布されないように、十分に位置合わせをした後に塗布する。上記においては、溶媒吸収部３０を多孔質シリカにより形成する場合について説明したが、多孔質体が形成されるものであれば、他の材料であってもよい。尚、図６（ａ）は、この工程における上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）における一点鎖線６Ａ−６Ｂにおいて切断した断面図である。

次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）に示すように、下層配線層２０の電極２２が形成されている領域に開口部４０ａを有する層間絶縁膜４０を形成する。具体的には、インクジェット方式による印刷により光硬化性樹脂を塗布した後、光を照射して硬化させることにより、図７に示されるように、膜厚が２μｍ〜２０μｍの層間絶縁膜４０を形成する。このようにして形成される層間絶縁膜４０は、下層配線層２０の電極２２及び溶媒吸収部３０が形成されている領域に開口部４０ａを有している。上記においては、紫外線硬化樹脂等の光硬化性樹脂を用いた場合について説明したが、熱硬化性樹脂を用いてもよく、この場合、樹脂を硬化させる際には、光照射に代えて、熱が加えられる。尚、図７（ａ）は、この工程における上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）における一点鎖線７Ａ−７Ｂにおいて切断した断面図である。

次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）に示すように、下層配線層２０の電極２２、溶媒吸収部３０、層間絶縁膜４０の上の一部に、上層配線層５０を形成する。具体的には、下層配線層２０の電極２２の上、溶媒吸収部３０の上、層間絶縁膜４０の上の一部に、ＣｕやＡｇ等の微粒子を含む金属インクをインクジェット方式による印刷により塗布した後、１５０℃の温度で１時間焼成することにより形成する。これにより、図８に示されるように、下層配線層２０の電極２２の上、溶媒吸収部３０の上、層間絶縁膜４０の上の一部に、厚さが１μｍ〜１０μｍの上層配線層５０を形成する。上層配線層５０は、配線５１と配線５１に接続された電極５２とを有している。電極５２は半径１００μｍ〜２００μｍの略円形で形成されており、下層配線層２０の電極２２、溶媒吸収部３０の上に形成される。従って、下層配線層２０の電極２２と上層配線層５０の電極５２とが接続されることにより、下層配線層２０と上層配線層５０とが電気的に接続される。尚、図８（ａ）は、この工程における上面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）における一点鎖線８Ａ−８Ｂにおいて切断した断面図である。

本実施の形態においては、金属インクをインクジェット方式による印刷により塗布した後、焼成される前において、金属インクの溶媒の一部、特に、溶媒吸収部３０の近傍の深い位置に塗布された金属インクの溶媒の一部は、溶媒吸収部３０に吸収される。従って、この後、焼成により、塗布された金属インクの表面側の溶媒を揮発させることにより、上層配線層５０の電極５２には、溶媒が含まれていない状態にすることができる。

即ち、金属インクは流動性を有しているため、塗布された金属インクが開口部４０ａに流れ込み、電極５２が形成される部分の金属インクの量が多くなり厚くなるが、この部分における金属インクの溶媒の一部は溶媒吸収部３０に吸収される。このため、上層配線層５０の電極５２には、溶媒が含まれていない状態にすることができる。

従って、本実施の形態においては、上層配線層５０の電極５２や電極２２と電極５２との接続部分において、電気抵抗が高くなるといった問題や、信頼性も低下するといった問題を解消することができる。尚、上層配線層５０を形成する際に用いられる金属インクは、下層配線層２０を形成する場合と同じ金属インクを用いることができる。上記においては、上層配線層５０をインクジェット方式による印刷により形成する場合について説明したが、上層配線層５０はスクリーン印刷により形成してもよく、この場合には、金属インクに代えて、金属ペーストが用いられる。

本実施の形態においては、上層配線層５０の電極５２が溶媒吸収部３０と接触する面積よりも、下層配線層２０の電極２２と接触する面積の方が広くなるように形成されていることが好ましい。上層配線層５０の電極５２が溶媒吸収部３０と接触する面積よりも、下層配線層２０の電極２２と接触する面積が狭いと、電極２２と電極５２との間の電気抵抗が高くなり、電気的な特性が低下するからである。

また、下層配線層２０の形成方法は、上記以外の方法により形成してもよい。具体的には、表面の全面に金属泊が形成されている基板を用いて、金属泊の上に、下層配線層２０が形成される領域に対応した形状のパターンを形成し、この後、パターンの形成されていない領域の金属泊をウェットエッチング等により除去する。これにより、残存する金属泊により、下層配線層２０を形成してもよい。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
金属材料により形成された電極と配線とを有する下層配線層と、
前記下層配線層の上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上に金属材料により形成された電極と配線とを有する上層配線層と、
を有し、
前記層間絶縁膜には、前記下層配線層の電極が形成されている領域に開口部が形成されており、
前記層間絶縁膜の開口部に、前記上層配線層の電極が形成されることにより、前記層間絶縁膜の開口部において、前記下層配線層の電極と前記上層配線層の電極とが電気的に接合されるものであって、
前記下層配線層の電極には、溶媒を吸収する材料により溶媒吸収部が形成されており、前記上層配線層の電極は、前記下層配線層の電極及び前記溶媒吸収部の上に形成されていることを特徴とする多層配線構造。
（付記２）
前記下層配線層の電極の中央部分には開口部が形成されており、前記溶媒吸収部は前記下層配線層の電極の開口部に形成されていることを特徴とする付記１に記載の多層配線構造。
（付記３）
前記層間絶縁膜の開口部において、前記上層配線層の電極と前記下層配線層の電極との接触面積は、前記上層配線層の電極と前記溶媒吸収部との接触面積よりも広いことを特徴とする付記２に記載の多層配線構造。
（付記４）
前記溶媒吸収部は、多孔質体により形成されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の多層配線構造。
（付記５）
前記溶媒吸収部は、シリカ多孔質体により形成されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の多層配線構造。
（付記６）
前記上層配線層は、銅または銀を含む金属インクまたは金属ペーストを用いて形成されることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の多層配線構造。
（付記７）
付記１から６のいずれかに記載の多層配線構造は、基板の上に形成されていることを特徴とする多層配線基板。
（付記８）
開口部が形成された電極と配線とを有する下層配線層を金属材料により形成する工程と、
前記下層配線層の電極の開口部に、溶媒を吸収する材料により溶媒吸収部を形成する工程と、
前記下層配線層の電極及び溶媒吸収部が形成されている領域に開口部を有する層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の開口部及び前記層間絶縁膜の上に、溶媒に金属材料が含まれているものを塗布することにより、上層配線層を形成する工程と、
を有することを特徴とする多層配線構造の製造方法。
（付記９）
前記溶媒に金属材料が含まれているものは印刷法により塗布されるものであって、
前記溶媒に金属材料が含まれているものを塗布した後、焼成することにより、前記上層配線層が形成されることを特徴とする付記８に記載の多層配線構造の製造方法。
（付記１０）
前記印刷法は、インクジェットまたはスクリーン印刷であることを特徴とする付記９に記載の多層配線構造の製造方法。
（付記１１）
前記溶媒に金属材料が含まれているものは、銅または銀が含まれている金属インクまたは金属ペーストであることを特徴とする付記８から１０のいずれかに記載の多層配線構造の製造方法。
（付記１２）
前記溶媒吸収部は、多孔質体により形成されていることを特徴とする付記８から１１のいずれかに記載の多層配線構造の製造方法。
（付記１３）
前記溶媒吸収部は、前記下層配線層の電極の開口部に、溶媒に多孔質体を形成するための材料が含まれているものを塗布し、焼成することにより形成されることを特徴とする付記１２に記載の多層配線構造の製造方法。
（付記１４）
溶媒に多孔質体を形成するための材料が含まれているものは、シリカ分散液であって、溶媒吸収部は、シリカの多孔質体により形成されていることを特徴とする付記１３に記載の多層配線構造の製造方法。
（付記１５）
前記層間絶縁膜は、前記下層配線層の配線が形成されている領域を含む領域の上に、光硬化樹脂を塗布した後、光を照射することにより、または、熱硬化樹脂を塗布した後、熱を加えることにより、形成されることを特徴とする付記８から１４のいずれかに記載の多層配線構造の製造方法。
（付記１６）
付記８から１５のいずれかに記載の前記下層配線層は、基板の上に形成されていることを特徴とする多層配線基板の製造方法。

１０ 基板
２０ 下層配線層
２１ 配線
２２ 電極
３０ 溶媒吸収部
４０ 層間絶縁膜
４０ａ 開口部
５０ 上層配線層
５１ 配線
５２ 電極

Claims (7)

1. 金属材料により形成された電極と配線とを有する下層配線層と、
   前記下層配線層の上に形成された層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜の上に金属材料により形成された電極と配線とを有する上層配線層と、
   を有し、
   前記層間絶縁膜には、前記下層配線層の電極が形成されている領域に開口部が形成されており、
   前記層間絶縁膜の開口部に、前記上層配線層の電極が形成されることにより、前記層間絶縁膜の開口部において、前記下層配線層の電極と前記上層配線層の電極とが電気的に接合されるものであって、
   前記下層配線層の電極には、溶媒を吸収する材料により溶媒吸収部が形成されており、前記上層配線層の電極は、前記下層配線層の電極及び前記溶媒吸収部の上に形成されており、
   前記下層配線層の電極の中央部分には開口部が形成されており、前記溶媒吸収部は前記下層配線層の電極の開口部に形成されており、
   前記溶媒吸収部は、多孔質体により形成されていることを特徴とする多層配線構造。
2. 前記層間絶縁膜の開口部において、前記上層配線層の電極と前記下層配線層の電極との接触面積は、前記上層配線層の電極と前記溶媒吸収部との接触面積よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の多層配線構造。
3. 前記溶媒吸収部は、シリカ多孔質体により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線構造。
4. 前記層間絶縁膜は、紫外線硬化樹脂または光硬化性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の多層配線構造。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の多層配線構造は、基板の上に形成されていることを特徴とする多層配線基板。
6. 開口部が形成された電極と配線とを有する下層配線層を金属材料により形成する工程と、
   前記下層配線層の電極の開口部に、溶媒を吸収する材料により溶媒吸収部を形成する工程と、
   前記下層配線層の電極及び溶媒吸収部が形成されている領域に開口部を有する層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜の開口部及び前記層間絶縁膜の上に、溶媒に金属材料が含まれているものを塗布することにより、上層配線層を形成する工程と、
   を有することを特徴とする多層配線構造の製造方法。
7. 溶媒に多孔質体を形成するための材料が含まれているものは、シリカ分散液であって、溶媒吸収部は、シリカの多孔質体により形成されていることを特徴とする請求項６に記載の多層配線構造の製造方法。

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