JP7280011B2 - Manufacturing method for semiconductor device manufacturing member - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置製造用部材の製造方法に関し、より詳しくは、微細化及び高密度化の要求が高い半導体装置を効率よく、低コストに製造するための半導体装置製造用部材の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device for efficiently manufacturing, at low cost, a semiconductor device for which there is a high demand for miniaturization and high density. .
半導体パッケージの高密度化及び高性能化を目的に、異なる性能のチップを一つのパッケージに混載する実装形態が提案されており、コスト面に優れたチップ間の高密度インターコネクト技術が重要になっている(例えば特許文献1参照)。 For the purpose of increasing the density and performance of semiconductor packages, a mounting form in which chips with different performance are mixed in a single package has been proposed. (See, for example, Patent Document 1).
パッケージ上に異なるパッケージをフリップチップ実装によって積層することで接続するパッケージ・オン・パッケージがスマートフォン及びタブレット端末に広く採用されている(例えば非特許文献1及び非特許文献2参照)。更に高密度で実装するための形態として、高密度配線を有する有機基板を用いたパッケージ技術(有機インターポーザ)、スルーモールドビア(TMV)を有するファンアウト型のパッケージ技術(FO-WLP)、シリコン又はガラスインターポーザを用いたパッケージ技術、シリコン貫通電極(TSV)を用いたパッケージ技術、基板に埋め込まれたチップをチップ間伝送に用いるパッケージ技術等が提案されている。 A package-on-package connection, in which different packages are stacked on a package by flip-chip mounting, is widely used in smartphones and tablet terminals (see, for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). As a form for mounting at a higher density, package technology using an organic substrate with high-density wiring (organic interposer), fan-out type package technology (FO-WLP) with through mold vias (TMV), silicon or A package technology using a glass interposer, a package technology using a through silicon via (TSV), a package technology using a chip embedded in a substrate for chip-to-chip transmission, and the like have been proposed.
特に有機インターポーザ及びFO-WLPでは、半導体チップ同士を並列して搭載する場合には、高密度で導通させるために微細配線層が必要となる(例えば特許文献2参照)。 Especially in organic interposers and FO-WLPs, when semiconductor chips are mounted in parallel, a fine wiring layer is required for high-density conduction (see Patent Document 2, for example).
ビルドアップ基板、ウェハレベルパッケージ(WLP)、ファンアウト型のPoPのボトムパッケージ等には、複数の有機絶縁層が積層されてなる積層体(有機絶縁積層体)を有する有機インターポーザが用いられることがある。例えば、この有機絶縁積層体内に5μm以下のライン幅とスペース幅とを有する複数の微細な配線が配置される場合、当該配線は、トレンチ法を用いて形成される。トレンチ法とは、有機絶縁層の表面に形成したトレンチ(溝)に配線となる金属層をめっき法等によって形成する方法である。このため、有機絶縁層上に形成される配線の形状は、溝の形状に沿ったものとなる。 An organic interposer having a laminate (organic insulating laminate) formed by laminating a plurality of organic insulating layers is sometimes used for a build-up substrate, a wafer level package (WLP), a fan-out type PoP bottom package, and the like. be. For example, when a plurality of fine wirings having line widths and space widths of 5 μm or less are arranged in this organic insulating laminate, the wirings are formed using a trench method. The trench method is a method of forming a metal layer to be wiring in a trench (groove) formed on the surface of an organic insulating layer by plating or the like. Therefore, the shape of the wiring formed on the organic insulating layer follows the shape of the groove.
トレンチ法によって有機絶縁積層体内に微細な配線を形成する際には、低コスト化且つ配線抵抗の上昇抑制を図るために、例えば、銅等の高い導電性を有する金属材料を用いることがある。このような金属材料を用いて配線を形成した場合、当該金属材料が有機絶縁積層体内に拡散することがある。この場合、拡散した金属材料を介して配線同士が短絡するおそれがあり、有機インターポーザの絶縁信頼性に課題がある。 When fine wiring is formed in an organic insulating laminate by the trench method, a highly conductive metal material such as copper is sometimes used in order to reduce costs and suppress an increase in wiring resistance. When wiring is formed using such a metal material, the metal material may diffuse into the organic insulating laminate. In this case, wirings may be short-circuited through the diffused metal material, and there is a problem in the insulation reliability of the organic interposer.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、絶縁信頼性が十分に高い微細配線層を有する半導体装置製造用部材の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device having a fine wiring layer with sufficiently high insulation reliability.
本発明に係る半導体装置製造用部材の製造方法は、支持体上に絶縁材料層を形成する工程と、絶縁材料層の表面に凹部を形成する工程と、絶縁材料層の凹部を含む表面を改質する工程と、改質された絶縁材料層の凹部を含む表面に、パラジウム吸着層を形成する工程と、パラジウム吸着層が形成された絶縁材料層の凹部を含む表面に、無電解ニッケルめっきによりニッケル層を形成する工程と、ニッケル層上に電解銅めっきにより銅層を形成する工程と、絶縁材料層の表面における凹部以外の領域に形成されている銅層、ニッケル層及びパラジウム吸着層を除去することによって、凹部内に形成された銅層を含む配線層を形成する工程と、配線層の露出面上に無電解ニッケルめっきによって、ニッケルバリア層を形成する工程とを含む。 A method of manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of forming an insulating material layer on a support, forming recesses in the surface of the insulating material layer, and modifying the surface of the insulating material layer including the recesses. forming a palladium adsorption layer on the surface including the recesses of the modified insulating material layer; and electroless nickel plating the surface including the recesses of the insulating material layer on which the palladium adsorption layer is formed. forming a nickel layer; forming a copper layer on the nickel layer by electrolytic copper plating; and removing the copper layer, the nickel layer, and the palladium adsorption layer formed in regions other than the recesses on the surface of the insulating material layer. forming a wiring layer including a copper layer formed in the concave portion; and forming a nickel barrier layer on the exposed surface of the wiring layer by electroless nickel plating.
本発明によれば、絶縁信頼性が十分に高い微細配線層を有する半導体装置製造用部材の製造方法が提供される。 According to the present invention, a method for manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device having a fine wiring layer with sufficiently high insulation reliability is provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. In addition, unless otherwise specified, positional relationships such as up, down, left, and right are based on the positional relationships shown in the drawings. Furthermore, the dimensional ratios of the drawings are not limited to the illustrated ratios.
本明細書の記載及び請求項において「左」、「右」、「正面」、「裏面」、「上」、「下」、「上方」、「下方」等の用語が利用されている場合、これらは、説明を意図したものであり、必ずしも永久にこの相対位置である、という意味ではない。また、「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構造に加え、一部に形成されている形状の構造も包含される。 Where terms such as “left”, “right”, “front”, “rear”, “upper”, “lower”, “upper”, “lower” are used in the description and claims of this specification, They are meant to be illustrative and do not necessarily mean that they are in this relative position forever. Further, the term "layer" includes not only the shape structure formed over the entire surface but also the shape structure formed partially when viewed as a plan view.
図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る半導体装置製造用部材を製造する方法について説明する。本実施形態に係る半導体装置製造用部材の製造方法は、微細化及び多ピン化が必要とされる形態において特に好適であり、特に、異種チップを混載するためのインターポーザが必要なパッケージ形態において好適である。より具体的には、本実施形態に係る製造方法は、ライン幅が20μm以下(より微細な場合には例えば0.5~10μm)であり且つスペース幅が20μm以下(より微細な場合には例えば0.5~10μm)のトレンチ構造を有するパッケージ形態において好適である。 A method of manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The method of manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment is particularly suitable for a form that requires miniaturization and a large number of pins, and is particularly suitable for a package form that requires an interposer for mixed mounting of different types of chips. is. More specifically, in the manufacturing method according to the present embodiment, the line width is 20 μm or less (for example, 0.5 to 10 μm for finer lines) and the space width is 20 μm or less (for finer lines, for example 0.5 to 10 μm) in a package form having a trench structure.
本実施形態に係る半導体装置製造用部材の製造方法は、支持体S上に絶縁材料層1を形成する工程(I)と、絶縁材料層1の表面に凹部1aを形成する工程(II)と、絶縁材料層1の凹部1aを含む表面を改質する工程(III)と、改質された絶縁材料層1の凹部1aを含む表面に、パラジウム吸着層3を形成する工程(IV)と、パラジウム吸着層3が形成された絶縁材料層1の凹部1aを含む表面に、無電解ニッケルめっきによりニッケル層5を形成する工程(V)と、ニッケル層5上に電解銅めっきにより銅層7を形成する工程(VI)と、絶縁材料層1の表面における凹部1a以外の領域(絶縁材料層1の上面上)に形成されている銅層7、ニッケル層5及びパラジウム吸着層3を除去することによって、凹部1a内に形成された銅層7を含む配線層8を形成する工程(VII)と、配線層8の露出面8a上に無電解ニッケルめっきによって、ニッケルバリア層9を形成する工程(VIII)とを含む。
The method of manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment includes a step (I) of forming an insulating material layer 1 on a support S, and a step (II) of forming a
上記製造方法によれば、配線層8に含まれる銅の拡散をニッケルバリア層9によって防止であるため、絶縁信頼性が十分に高い微細配線層を有する半導体装置製造用部材を製造することができる。以下、各工程について説明する。
According to the manufacturing method described above, diffusion of copper contained in the
<支持体上に絶縁材料層を形成する工程(I)>
まず、半導体装置製造用部材の支持体S上に絶縁材料層1を形成する工程(I)を行う(図1(a))。支持体Sは、特に限定されないが、シリコン板、ガラス板、SUS板、ガラスクロス入り基板、半導体素子入り封止樹脂等であり、高剛性からなる基板が好適である。
<Step (I) of Forming an Insulating Material Layer on a Support>
First, a step (I) of forming an insulating material layer 1 on a support S of a semiconductor device manufacturing member is performed (FIG. 1(a)). The support S is not particularly limited, but may be a silicon plate, a glass plate, a SUS plate, a substrate containing glass cloth, a sealing resin containing a semiconductor element, or the like, and a highly rigid substrate is preferable.
支持体Sの厚さは0.2mmから2.0mmの範囲であることが好ましい。0.2mmより薄い場合はハンドリングが困難になる一方、2.0mmより厚い場合は材料費が高くなる傾向にある。支持体Sはウェハ状でもパネル状でも構わない。サイズは特に限定されないが、直径200mm、直径300mm又は直径450mmのウェハ、あるいは、一辺が300~700mmの矩形パネルが好ましく用いられる。 The thickness of the support S is preferably in the range of 0.2 mm to 2.0 mm. If the thickness is less than 0.2 mm, handling becomes difficult, while if the thickness is more than 2.0 mm, the material cost tends to increase. The support S may be wafer-shaped or panel-shaped. Although the size is not particularly limited, a wafer with a diameter of 200 mm, 300 mm or 450 mm, or a rectangular panel with a side of 300 to 700 mm is preferably used.
後述の工程(II)においてフォトリソグラフィープロセスにより微細な凹部1aを容易に形成できる点から、絶縁材料層1を構成する材料として感光性樹脂材料を採用することが好ましい。感光性絶縁材料としては、液状又はフィルム状のものが挙げられ、膜厚平坦性とコストの観点からフィルム状の感光性絶縁材料が好ましい。また、微細な配線を形成できる点で、感光性絶縁材料は平均粒径500nm以下(より好ましくは、50~200nm)のフィラ(充填材)を含有することが好ましい。感光性絶縁材料のフィラ含有量は、フィラを除く感光性絶縁材料の質量100質量部に対して0~70質量部が好ましく、0~50質量部がより好ましい。
It is preferable to adopt a photosensitive resin material as the material for forming the insulating material layer 1, because the
フィルム状の感光性絶縁材料を使用する場合、そのラミネート工程はなるべく低温で実施することが好ましく、40℃~120℃でラミネート可能な感光性絶縁フィルムを採用することが好ましい。ラミネート可能な温度が40℃を下回る感光性絶縁フィルムは常温(約25℃)でのタックが強く取り扱い性に悪化する傾向があり、120℃を上回る感光性絶縁フィルムはラミネート後に反りが大きくなる傾向がある。 When a film-like photosensitive insulating material is used, the lamination process is preferably carried out at a temperature as low as possible, and it is preferable to employ a photosensitive insulating film that can be laminated at 40°C to 120°C. Photosensitive insulating films that can be laminated at temperatures below 40°C tend to be tacky at room temperature (approximately 25°C) and are difficult to handle, while photosensitive insulating films that exceed 120°C tend to warp after lamination. There is
絶縁材料層1の硬化後の熱膨張係数は、反り抑制の観点から80×10-6/K以下であることが好ましく、高信頼性が得られる点で70×10-6/K以下であることがより好ましい。また、絶縁材料の応力緩和性、高精細なパターンが得られる点で20×10-6/K以上であることが好ましい。 The coefficient of thermal expansion of the insulating material layer 1 after curing is preferably 80×10 −6 /K or less from the viewpoint of suppressing warpage, and is 70×10 −6 /K or less from the viewpoint of obtaining high reliability. is more preferable. In addition, it is preferably 20×10 −6 /K or more in terms of the stress relaxation property of the insulating material and obtaining a high-definition pattern.
絶縁材料層1の厚さは、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましく、3μm以下であることが更に好ましい。絶縁材料層1の厚さが上記範囲内であると、例えば、後述の工程(II)において微細なトレンチ構造からなる凹部1aを形成しやすい。絶縁材料層1の厚さは、絶縁信頼性の観点から1μm以上であることが好ましい。
The thickness of the insulating material layer 1 is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and even more preferably 3 μm or less. When the thickness of the insulating material layer 1 is within the above range, for example, it is easy to form the
<絶縁材料層に凹部を形成する工程(II)>
次に、絶縁材料層1の表面に凹部1aを形成する工程(II)を行う(図1(b))。本実施形態において、凹部1aとは、絶縁材料層1の表面に対して、絶縁材料層1の厚さ方向に凹んだ部位をいい、この凹んだ部位の内壁(側面及び底面等)を含む。凹部1aは、図1(b)に示すように、支持体Sの表面にまで至るように形成されていること、すなわち、絶縁材料層1からなる側面と、支持体Sの表面からなる底面とによって構成されていることが好ましい。凹部1aはトレンチ構造であることが好ましく、この場合、開口幅(ライン幅)は、例えば、0.5~20μmであり、より微細な場合には0.5~5μmであってもよい。凹部1aの開口幅を上記範囲とすることで、高密度化を実現する半導体装置を提供しやすい傾向にある。すなわち、微細配線層を有する半導体装置を良好な歩留まり、かつ低コストで製造しやすい。なお、凹部1aの開口形状は、例えば、円形又は楕円形であってもよく、この場合の開口サイズは直径5~50μm(より微細な場合には直径5~10μm)の円の面積に相当する程度であってもよい。
<Step (II) of Forming Concaves in Insulating Material Layer>
Next, the step (II) of forming
凹部1aの形成方法は、レーザアブレーション、フォトリソグラフィー、インプリント等が挙げられるが、微細化とコストの観点から、工程(I)において感光性樹脂材料からなる絶縁材料層1を形成し、フォトリソグラフィープロセス(露光及び現像)によって凹部1aを形成することが好ましい。感光性樹脂材料の露光方法としては、通常の投影露光方式、コンタクト露光方式、直描露光方式等を用いることができ、現像方法としては炭酸ナトリウム又はTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)のアルカリ水溶液を用いることが好ましい。絶縁材料層1に凹部1aを形成した後、絶縁材料を更に加熱硬化させてもよい。加熱温度は100℃~200℃、加熱時間は30分~3時間の間で実施される。
Examples of the method for forming the
<表面を改質する工程(III)>
次に、絶縁材料層1の凹部1aを含む表面を改質する工程(III)を行う(不図示)。本実施形態において、改質とは、工程(IV)に先立ち、絶縁材料層1の表面を、パラジウム触媒がより吸着しやすい状態とすることを意味する。工程(IV)の前に実施される処理であることから、この改質処理を以下「前処理」ということがある。
<Step (III) for surface modification>
Next, the step (III) of modifying the surface of the insulating material layer 1 including the
改質の方法としては、以下の湿式法での前処理及び乾式法での前処理の何れを用いることもできる。湿式法での前処理で用いる前処理液(改質液)としては、例えば分子内にポリエーテル、グリコールエーテル、アミン、アミド、ウレイド、トリアジン、メラミン、イミダゾール、トリアゾール、ベンゾトリアゾール等を含むシランカップリング剤からなる群より選択される少なくとも1種を含むものが挙げられる。これらの前処理液で用いる溶媒種類は特に制限されず、一般に用いられる有機溶媒及び水から選択でき、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。また、絶縁材料層1の表面の濡れ性を向上させる目的で、界面活性剤を含んでいてもよい。また、改質効果を高めるために、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、次亜リン酸カルシウム等を含む水溶液で前処理してもよい。更に、これら以外の湿式法での前処理による改質の方法として、酸、アルカリによる粗化処理が挙げられる。他方、乾式法での前処理としては、プラズマ処理、コロナ処理、紫外線処理等による表面改質が挙げられる。 As a reforming method, any of the following wet pretreatment and dry pretreatment can be used. Examples of pretreatment liquids (modifying liquids) used in wet pretreatment include silane cups containing polyethers, glycol ethers, amines, amides, ureides, triazines, melamine, imidazoles, triazoles, benzotriazoles, etc. in their molecules. Examples include those containing at least one selected from the group consisting of ring agents. The type of solvent used in these pretreatment liquids is not particularly limited, and can be selected from commonly used organic solvents and water, and may be used alone or in combination of two or more. Further, a surfactant may be included for the purpose of improving the wettability of the surface of the insulating material layer 1 . In addition, in order to enhance the modification effect, pretreatment may be performed with an aqueous solution containing sodium hypophosphite, potassium hypophosphite, calcium hypophosphite, or the like. Further, as a method of reforming by pretreatment by a wet method other than these, roughening treatment with an acid or an alkali can be mentioned. On the other hand, the pretreatment by the dry method includes surface modification by plasma treatment, corona treatment, ultraviolet treatment, and the like.
上記の改質の方法の中でも、湿式法での前処理である、シランカップリング剤を含む前処理液(改質液)による絶縁材料層1表面の改質を、前処理として行なうのが好ましい。湿式法の具体的な実施方法としては、絶縁材料層1の表面に、前処理液が接触するスプレー法、ディップ法、スピンコート法、印刷法等が挙げられるが、効率良く処理できるディップ法が好ましい。 Among the above modification methods, it is preferable to modify the surface of the insulating material layer 1 with a pretreatment liquid (modification liquid) containing a silane coupling agent, which is a wet pretreatment, as a pretreatment. . Specific examples of the wet method include a spray method, a dip method, a spin coat method, a printing method, and the like, in which the surface of the insulating material layer 1 is brought into contact with a pretreatment liquid. preferable.
前処理液の成分と絶縁材料層1との反応性を上げるために、これらの改質のための前処理を行なう前に、絶縁材料層1の表面を活性化してもよい。活性化の方法としては、紫外線照射、電子線照射、オゾン水処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等の方法が挙げられるが、真空設備を必要とせず、廃液等が発生しない紫外線照射が好ましい。 In order to increase the reactivity between the components of the pretreatment liquid and the insulating material layer 1, the surface of the insulating material layer 1 may be activated before the pretreatment for these modifications. Examples of activation methods include ultraviolet irradiation, electron beam irradiation, ozone water treatment, corona discharge treatment, and plasma treatment. Ultraviolet irradiation, which does not require vacuum equipment and does not generate waste liquid, is preferred.
活性化に用いる紫外線照射のランプとして、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、真空紫外エキシマランプ等が挙げられるが、活性化効果の大きい、低圧水銀ランプあるいはエキシマランプが好ましい。 A high-pressure mercury lamp, a low-pressure mercury lamp, a vacuum ultraviolet excimer lamp, or the like can be used as a lamp for ultraviolet irradiation used for activation. A low-pressure mercury lamp or an excimer lamp, which has a high activation effect, is preferable.
活性化は、大気中で行うことが好ましく、酸素雰囲気中で行うことがより好ましい。 Activation is preferably performed in the air, more preferably in an oxygen atmosphere.
活性化は、25℃~100℃で行うことが好ましい。より反応性を早めるために40℃~100℃がより好ましく、60℃~100℃が更に好ましい。 Activation is preferably carried out at 25°C to 100°C. 40° C. to 100° C. is more preferable, and 60° C. to 100° C. is even more preferable, in order to accelerate the reactivity.
活性化後の絶縁材料層1表面の純水との接触角は、40度以下であることが好ましく、20度以下であることがより好ましく、10度以下であることが更に好ましい。また、活性化処理は複数回繰り返してもよい。 The contact angle between the surface of the insulating material layer 1 and pure water after activation is preferably 40 degrees or less, more preferably 20 degrees or less, and even more preferably 10 degrees or less. Also, the activation process may be repeated multiple times.
前処理は、25℃~80℃で行うことが好ましい。より反応性を早めるために40℃~80℃がより好ましく、60℃~80℃が更に好ましい。前処理は、5分~30分で行うことが好ましい。より反応性を早めるために10分~30分がより好ましく、15分~30分が更に好ましい。前処理で用いる前処理液を接触させた後、余分な前処理液を除去するために、水又は有機溶剤で洗浄してもよい。 Pretreatment is preferably carried out at 25°C to 80°C. 40° C. to 80° C. is more preferable, and 60° C. to 80° C. is even more preferable, in order to accelerate the reactivity. Pretreatment is preferably carried out for 5 to 30 minutes. 10 to 30 minutes is more preferable, and 15 to 30 minutes is even more preferable, in order to accelerate the reactivity. After the contact with the pretreatment liquid used in the pretreatment, it may be washed with water or an organic solvent in order to remove excess pretreatment liquid.
前処理を行なった後、絶縁材料層1と前処理液の成分であるシランカップリング剤との結合力を高めるために、熱処理を行ってもよい。熱処理温度は、80℃~200℃で加熱することが好ましい。より反応性を早めるために120℃~200℃がより好ましく、120℃~180℃で加熱することが更に好ましい。熱処理時間は5分~60分が好ましく、10分~60分がより好ましく、20分~60分が更に好ましい。また、前処理と熱処理を複数回繰り返してもよい。 After performing the pretreatment, a heat treatment may be performed in order to increase the bonding strength between the insulating material layer 1 and the silane coupling agent, which is a component of the pretreatment liquid. The heat treatment temperature is preferably 80°C to 200°C. Heating at 120° C. to 200° C. is more preferable, and heating at 120° C. to 180° C. is even more preferable in order to accelerate the reactivity. The heat treatment time is preferably 5 minutes to 60 minutes, more preferably 10 minutes to 60 minutes, even more preferably 20 minutes to 60 minutes. Also, pretreatment and heat treatment may be repeated multiple times.
<パラジウム吸着層を形成する工程(IV)>
次に、改質された絶縁材料層1の凹部1aを含む表面に、パラジウム吸着層3を形成する工程(IV)を行う(図1(c))。本実施形態において、パラジウム吸着層3とは、パラジウムを絶縁材料層1の凹部1aを含む表面に吸着させた後、パラジウムを触媒として作用させるための活性化を行い、この後の工程で行う無電解ニッケルめっきの無電解めっき反応の触媒となるものである。このパラジウム吸着層3の形成方法について、以下に説明する。
<Step (IV) of forming a palladium adsorption layer>
Next, a step (IV) of forming a
まず、前処理がなされた後の第一絶縁材料層1の表面にパラジウムを付着させる。パラジウムは、市販の無電解めっき用パラジウム水溶液でよく、水中にパラジウム-スズコロイドが分散された溶液(パラジウム-スズコロイド溶液)、パラジウムイオン水溶液、パラジウムナノ粒子分散溶液などを用いればよい。パラジウムを付着させるために浸漬する水溶液の温度は、25℃~80℃、付着させるための浸漬時間は1分~60分の間で実施される。パラジウムを付着させた後、余分なパラジウムを除去するため、水又は有機溶剤で洗浄してもよい。 First, palladium is deposited on the surface of the first insulating material layer 1 after pretreatment. Palladium may be a commercially available palladium aqueous solution for electroless plating, such as a solution in which palladium-tin colloid is dispersed in water (palladium-tin colloid solution), an aqueous palladium ion solution, a palladium nanoparticle dispersion solution, or the like. The temperature of the aqueous solution used for depositing palladium is 25° C. to 80° C., and the immersion time for deposition is 1 minute to 60 minutes. After depositing palladium, it may be washed with water or an organic solvent to remove excess palladium.
パラジウム付着後、パラジウムを触媒として作用させるための活性化を行う。パラジウムを活性化させる試薬は市販の活性化剤(活性化処理液)でよい。パラジウムを活性化させるために浸漬する活性化剤の温度は、25℃~80℃、活性化させるために浸漬する時間は1分~60分の間で実施される。パラジウムの活性化後、余分な活性化剤を除去するため、水又は有機溶剤で洗浄してもよい。 After deposition of palladium, activation is performed to allow the palladium to act as a catalyst. The reagent for activating palladium may be a commercially available activating agent (activation treatment liquid). The temperature of the activating agent for activating palladium is 25° C. to 80° C., and the immersing time for activation is 1 minute to 60 minutes. After activating the palladium, it may be washed with water or an organic solvent to remove excess activator.
<ニッケル層を形成する工程(V)>
続いて、パラジウム吸着層3を形成した絶縁材料層1の凹部1aを含む表面に、無電解ニッケルめっきによりニッケル層5を形成する工程(V)を行う(図1(d))。このニッケル層5は、この後の工程で銅層7を形成するために行う電解銅めっきのシード層(電解銅めっきのための給電層)となる。
<Step (V) of Forming Nickel Layer>
Subsequently, a step (V) of forming a
無電解ニッケルめっきとしては、無電解純ニッケルめっき(純度99質量%以上)、無電解ニッケル-リンめっき(リン含有量:1質量%~13質量%)及び無電解ニッケル-ホウ素めっき(ホウ素含有量:0.3質量%~1質量%)等が挙げられるが、コストの観点から、無電解ニッケル-リンめっきが好ましい。無電解ニッケルめっき液は市販のめっき液でよく、例えば、中リンタイプ(リン含有量:7質量%~9質量%)の無電解ニッケルめっき液(株式会社三明製、商品名「ICPニコロンGM-SB-M」、「ICPニコロンGMSD」)を用いることができる。無電解ニッケルめっきは、60℃~90℃の無電解ニッケルめっき液中で実施される。 Electroless nickel plating includes electroless pure nickel plating (purity of 99% by mass or more), electroless nickel-phosphorus plating (phosphorus content: 1% to 13% by mass), and electroless nickel-boron plating (boron content : 0.3% by mass to 1% by mass), etc., but from the viewpoint of cost, electroless nickel-phosphorus plating is preferable. The electroless nickel plating solution may be a commercially available plating solution. SB-M", "ICP Nicolon GMSD") can be used. Electroless nickel plating is carried out in an electroless nickel plating solution at 60°C to 90°C.
無電解ニッケルめっきにより形成されるニッケル層5の厚さは、20nm~200nmが好ましく、40nm~200nmがより好ましく、60nm~200nmが更に好ましい。
The thickness of the
無電解ニッケルめっき後、余分なめっき液を除去するため、水又は有機溶剤で洗浄してもよい。また、無電解ニッケルめっき後、ニッケル層5と絶縁材料層1の密着力を高めるため、熱硬化(アニーリング:加熱による時効硬化処理)を行ってもよい。熱硬化温度は、80℃~200℃で加熱することが好ましい。より反応性を早めるために120℃~200℃がより好ましく、120℃~180℃で加熱することが更に好ましい。熱硬化時間は5分~60分が好ましく、10分~60分がより好ましく、20分~60分が更に好ましい。
After electroless nickel plating, it may be washed with water or an organic solvent to remove excess plating solution. After the electroless nickel plating, thermal hardening (annealing: age hardening treatment by heating) may be performed in order to increase the adhesion between the
<銅層を形成する工程(VI)>
次に、ニッケル層5上に電解銅めっきにより銅層7を形成する工程(VI)を行う(図2(a))。具体的には、無電解ニッケルめっきで形成したニッケル層5をシード層として、その上に電解銅めっきにより、ニッケル層5上に銅層7が形成されるとともに、内壁がニッケル層5で覆われている凹部1a内に銅層7が充填される。なお、本実施形態では、銅層7を形成する方法として、電解銅めっきを用いたが、これ以外に、例えば、無電解銅めっきを選択できる。
<Step (VI) of forming a copper layer>
Next, a step (VI) of forming a
銅層7の厚さ(凹部1aが形成されている領域を除く)は、1~10μmが好ましく、1~5μmがより好ましく、1~3μmが更に好ましい。
The thickness of the copper layer 7 (excluding the region where the
上述のとおり、凹部1aが銅層7で充填された状態とすることで、次の工程(VII)において、絶縁材料層1の表面における凹部1a以外の領域に形成されている銅層7、ニッケル層5及びその下に残存しているパラジウム(パラジウム吸着層)を除去するだけで、絶縁材料層1の表面と、凹部1a内に形成される配線層8(銅層7とニッケル層5とパラジウム吸着層3とによって構成)とを面一にすることができる。電解銅めっきによって、凹部1aが銅層7で充填された状態とするには、絶縁材料層1の表面に比べて、凹部1a内への電解銅めっきの析出量(めっき厚)が大きい、いわゆるフィルドめっきを用いるのが好ましい。
As described above, by filling the
なお、必ずしも凹部1aは銅層7で充填されていなくてもよく、凹部1aの内壁(側面及び底面)に沿って銅層7が形成されてもよい。この場合、次の工程(VII)において、絶縁材料層1の表面における凹部1a以外の領域に形成されている銅層7、ニッケル層5及びその下に残存しているパラジウム(パラジウム吸着層)を除去した後、更に、絶縁材料層1の表面を削ることによって、凹部1aの底面に形成された銅層7を露出させることで、絶縁材料層1の表面と、凹部1a内に形成される配線層8とを面一にすることができる。
The
<銅層を含む配線層を形成する工程(VII)>
次に、絶縁材料層1の表面における凹部1a以外の領域に形成されている銅層7、ニッケル層5及びパラジウム吸着層3を除去することによって、凹部1a内に形成された銅層7を含む配線層8を形成する工程(VII)を行う(図2(b))。すなわち、絶縁材料層1の上面に形成されている銅層7、ニッケル層5及びその下に残存しているパラジウム(パラジウム吸着層3)を除去することで、銅層7、ニッケル層5及びパラジウム吸着層3の一部が凹部1a内に残される。これにより、銅層7と、ニッケル層5と、パラジウム吸着層3とによって構成される配線層8が凹部1a内に形成される。
<Step (VII) of Forming a Wiring Layer Containing a Copper Layer>
Next, by removing the
絶縁材料層1の上面に形成されている銅層7、ニッケル層5及びその下に残存しているパラジウムを除去する際、絶縁材料層1の表面と、凹部1a内の配線層8とを面一となるように処理することが好ましい。換言すれば、工程(VII)後において、絶縁材料層1の表面と凹部1a内の配線層8が平坦面をなすように、工程(VII)を行うことが好ましい。工程(VII)における除去処理は、絶縁材料層1の上面に形成されている銅層7、ニッケル層5及びその下に残存しているパラジウムのみを対象としてもよいし、これに加え、絶縁材料層1の上面側の一部も対象としてもよい。
When removing the
工程(VII)における除去処理としては、バックグラインド法、フライカット法及び化学的機械研磨(CMP)等によるものが挙げられ、これらのうち、1種を単独で採用してもよいし、2種以上を併用してもよい。例えば、フライカット法では、ダイヤモンドバイトによる研削装置を使用すればよい。具体例として、300mmウェハ対応のオートマチックサーフェースプレーナ(株式会社ディスコ製、商品名「DAS8930」)を用いることができる。なお、フライカット法による除去処理は、銅層7の上面側から面全体を均一に研磨するものであって研磨面が平坦となるため、平坦化処理であるともいえる。
Examples of the removal treatment in step (VII) include back grinding, fly-cutting, chemical mechanical polishing (CMP), and the like. The above may be used in combination. For example, in the fly-cut method, a grinder with a diamond bit may be used. As a specific example, an automatic surface planer compatible with 300 mm wafers (manufactured by DISCO Corporation, trade name "DAS8930") can be used. The removing process by the fly-cutting method can be said to be a flattening process because the entire surface of the
<ニッケルバリア層を形成する工程(VIII)>
次に、上記工程(VII)における除去処理によって形成された配線層8の露出面8a上に無電解ニッケルめっきによって、ニッケルバリア層9を形成する工程(VIII)を行う(図2(c))。これにより、配線基板10(半導体装置製造用部材)が製造される。例えば、配線層8の露出面8aの脱脂、水洗、硫酸洗浄、パラジウムキャタライズ及びニッケルめっきをこの順序で実施することで、露出面8a上にのみニッケルバリア層9を形成することができる。無電解ニッケルめっきのめっき液としては、市販の置換無電解めっき液を適用することができる。
<Step (VIII) of forming a nickel barrier layer>
Next, a step (VIII) of forming a
配線層8の露出面8aをニッケルバリア層9で覆うことで、配線層8に含まれる銅の拡散を十分に抑制できる。このため、配線基板10は絶縁信頼性が十分に高い微細配線層を有する半導体装置を製造するのに有用である。ニッケルバリア層9の厚さは、50~500nmが好ましく、100~400nmがより好ましく、150~300nmが更に好ましい。ニッケルバリア層9の厚さが50nm以上であることで銅の拡散抑制効果が十分に得られやすく、他方、500nm以下であることで配線層を多層化して半導体装置を製造したときに全体の厚さを薄くしやすい。
By covering the exposed
以上、半導体装置製造用部材(配線基板)について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を行ってもよい。 Although the semiconductor device manufacturing member (wiring board) has been described above, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and may be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、一層の配線層を有する配線基板10の製造方法について例示したが、配線基板10の代わりに、多層化された配線層を有する配線基板を製造し、これを用いて半導体装置を製造してもよい。多層化された配線層は、上記工程(VIII)後における絶縁材料層1及びニッケルバリア層9を覆うように絶縁材料層を形成する工程(XI)と、上記工程(II)から上記工程(VIII)の一連の工程とを1回以上繰り返すことによって形成することができる。工程(XI)における絶縁材料層の形成には上述の絶縁材料層1と同様の材料を使用すればよく、感光性絶縁材料が好ましい。当該絶縁材料層は絶縁材料層1と同様にして形成すればよい。当該絶縁材料層の厚さは、10μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下が更に好ましい。
For example, in the above embodiment, the method of manufacturing the
S…支持体、1…絶縁材料層、1a…凹部、3…パラジウム吸着層、5…ニッケル層、7…銅層、8…配線層、8a…露出面、9…ニッケルバリア層、10…配線基板(半導体装置製造用部材)。
S... support 1... insulating
Claims (7)
前記絶縁材料層の表面に凹部を形成する工程(II)と、
前記絶縁材料層の凹部を含む表面を改質する工程(III)と、
前記改質された前記絶縁材料層の凹部を含む表面に、パラジウム吸着層を形成する工程(IV)と、
前記パラジウム吸着層が形成された絶縁材料層の凹部を含む表面に、無電解ニッケルめっきによりニッケル層を形成する工程(V)と、
前記ニッケル層上に電解銅めっき又は無電解銅めっきにより銅層を形成する工程(VI)と、
前記絶縁材料層の表面における前記凹部以外の領域に形成されている前記銅層、前記ニッケル層及び前記パラジウム吸着層を除去することによって、前記凹部内に形成された前記銅層を含む配線層を形成する工程(VII)と、
前記配線層の露出面上に置換無電解ニッケルめっきによって、ニッケルバリア層を形成する工程(VIII)と、
を含む、半導体装置製造用部材の製造方法。 Step (I) of forming an insulating material layer on the support;
a step (II) of forming a recess in the surface of the insulating material layer;
Step (III) of modifying the surface of the insulating material layer including the recesses;
Step (IV) of forming a palladium adsorption layer on the modified surface of the insulating material layer including the recesses;
step (V) of forming a nickel layer by electroless nickel plating on the surface of the insulating material layer on which the palladium adsorption layer is formed, including the recesses;
a step (VI) of forming a copper layer on the nickel layer by electrolytic copper plating or electroless copper plating;
removing the copper layer, the nickel layer, and the palladium adsorption layer formed in the surface of the insulating material layer except for the recess, thereby removing the wiring layer including the copper layer formed in the recess; a forming step (VII);
a step (VIII) of forming a nickel barrier layer on the exposed surface of the wiring layer by displacement electroless nickel plating;
A method for manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記工程(II)における前記凹部は露光及び現像によって形成される、請求項1又は2に記載の半導体装置製造用部材の製造方法。 The insulating material layer is made of a photosensitive resin material,
3. The method of manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said concave portion in said step (II) is formed by exposure and development.
前記絶縁材料層の表面に凹部を形成する工程(II)と、
前記絶縁材料層の凹部を含む表面を改質する工程(III)と、
前記改質された前記絶縁材料層の凹部を含む表面に、パラジウム吸着層を形成する工程(IV)と、
前記パラジウム吸着層が形成された絶縁材料層の凹部を含む表面に、無電解ニッケルめっきによりニッケル層を形成する工程(V)と、
前記ニッケル層上に電解銅めっき又は無電解銅めっきにより銅層を形成する工程(VI)と、
前記絶縁材料層の表面における前記凹部以外の領域に形成されている前記銅層、前記ニッケル層及び前記パラジウム吸着層を除去することによって、前記凹部内に形成された前記銅層を含む配線層を形成する工程(VII)と、
前記配線層の露出面上に置換無電解ニッケルめっきによって、ニッケルバリア層を形成する工程(VIII)と、
を含み、
前記工程(III)が、前記絶縁材料層の凹部を含む表面に紫外線を照射することを含む、半導体装置製造用部材の製造方法。 Step (I) of forming an insulating material layer on the support;
a step (II) of forming a recess in the surface of the insulating material layer;
Step (III) of modifying the surface of the insulating material layer including the recesses;
Step (IV) of forming a palladium adsorption layer on the modified surface of the insulating material layer including the recesses;
step (V) of forming a nickel layer by electroless nickel plating on the surface of the insulating material layer on which the palladium adsorption layer is formed, including the recesses;
a step (VI) of forming a copper layer on the nickel layer by electrolytic copper plating or electroless copper plating;
By removing the copper layer, the nickel layer and the palladium adsorption layer formed on the surface of the insulating material layer other than the recess, a wiring layer including the copper layer formed in the recess is removed. a forming step (VII);
a step (VIII) of forming a nickel barrier layer on the exposed surface of the wiring layer by displacement electroless nickel plating;
including
A method of manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device, wherein the step (III) includes irradiating the surface of the insulating material layer including the concave portion with ultraviolet rays.
前記工程(II)から前記工程(VIII)の一連の工程と、
を1回以上繰り返すことによって、多層化された配線層を形成する、請求項1~6のいずれか一項に記載の半導体装置製造用部材の製造方法。 a step (XI) of forming an insulating material layer so as to cover the insulating material layer and the nickel barrier layer after the step (VIII);
a series of steps from step (II) to step (VIII);
7. The method for manufacturing a member for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a multi-layered wiring layer is formed by repeating the above steps one or more times.
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