JPH02238651A - 有機誘電体用防湿材及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集積回路における有機誘電体用防湿材並びに
その製法に関する。

〔従来の技術〕

高密度集積回路に多層回路網を構成する場合、苛酷な気
候条件特に湿気下においても誘電体の誘電固有値が永続
的に維持されることまたアルミニウム誘電路が腐食によ
って損傷されないことは、その耐久機能にとって極めて
重要なことである。

この場合誘電体はその電気機能の他に、特に幅に対する
構造高さの比が益ｈ増大ずる多層構造物において障害を
除く作用を有し、ごれにより後にアルミニウム層又は導
電路を亀裂を生じることなく構成することができる。従
って上記のような誘電体は付加的に一層容易に構造化し
得ると共に湿気に対しても保護されなければならない。

現在集積回路に主として使用される誘電体は極めて良好
な熱、電気及び機械特性を有するプラスチックであるポ
リイミドである。ポリイミドは特定の性質を得るために
、化学的に多くの面から改変ずることができ、技術上の
観点においても広い要求スペクトルを満足する。ベース
材料であるポリイミドはその分子基本構造によって比較
的高い水収着性を有することから、特に湿気が変動する
場合、その誘電特性は容認し得ない程に変化するおそれ
がある。これは特に誘電率ε，及び誘電損率ｔａｎδに
ついて該当する。

ポリイミドの誘電率及び損失率の湿気関連性は次の値、
すなわち相対大気湿度（室温で）０％又は１００％に対
してε，＝３．３２又は４．３８、ｔａｎδ（１ｋＨｚ
）＝４．２　・１０−３又は１５・１０−３の値によっ
て示される。従ってポリイミドの誘電率及び損失率の相
対湿度関連性は、ε１に関しては相対湿度％当たり約０
．３％及びｔａｎδに関しては相対湿度％当たり約２．
６％である。

ポリイミド誘電体を使用する場合、湿度変動時に生じる
誘電変化を抑制するため平坦化可能の誘電ポリイミド層
を防湿材として作用する無機保護層によって被覆する。

現在の技術水準によればこの防湿用材料としては窒化ケ
イ素Ｓ　ｉ　３　Ｎ４　、いわゆるプラズマニトリドが
使用される〔専門家会議議事録［ボリマーウエルクンユ
ト・冫フエ・フユア・ティ・エレクトロニークＪ　　（
Ｐｏｌｙｍｅｒｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅ　ｆｉｉｒ　ｄｉ
ｅ　Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ）、１１−１６、１９８７年
１０月、ビュルツブルク（四ｉｉｒｚｂｕｒｇ）第１５
３頁以降参照〕。

しかし窒化ケイ素又はこれから製造された薄層上の防湿
材は次の欠点を脊する。

ａ）材料の側から見てＳｉ３Ｎ４は、金属の水透過性に
近い極めて低い水透過性を有する。しかしＳｉｓＮ４か
らなる層は０．２５μｍ以下の厚さですでに極めて脆い
ことから、この種の層の被覆及び以後の加工処理に際し
て微細なヘヤクラックの発生を完全に阻止することはで
きず、その結果毛管作用及び毛管凝縮により水が多量に
Ｓｉ−Ｎ−１ｍを介してポリイミドに達する可能性があ
る。

ｂ）腐食化学の立場から見てＳ　Ｉ　３Ｎａで被覆され
たポリイミドは二層系である。しかしこの二層系の構造
化には、異なる腐食媒体（例えばＳ＋２Ｎ４に対するＣ
Ｆ．及びポリイミドに対する０２）を使用する必要があ
ることから、二種の腐食工程が必要である。この事実は
特に多層構造物の製造を複雑化し、二層のアルミニウム
導電路系の場合すでに重要な欠点として指摘される。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、集積回路における有機誘電体用の密閉
被覆可能で良好な付着性の防湿材を得ることにあり、こ
の場合該防湿材は更に耐湿性誘電体の構造化を技術的に
一層容易にまた短時間で可能とするものでなければなら
ない。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は本発明によれば、上記防湿材が無定形の水素
含有炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）からなるＦ［からなることによ
って解決される。

〔作用効果〕

無定形の水素含有炭素（略記ａ−Ｃ：Ｈ）は無定形の炭
素格子構造が存在する炭素材料であり、その機械的硬度
によりこの炭素材料はダイヤモンド様炭素ともいわれる
〔例えば「イー・デー・エル・インドウストリー・ディ
アマンテン・ルントシャウ（ＩＤ　Ｒ−１ｎｄｕｓｔｒ
ｉｅ　Ｄｉａｍａｎｔｅｎ　Ｒｕｎｄｓｃｈａｕ）　」
第１８巻（１９８４年）　、Ｎｏ．　４、第２４９頁以
降参照〕。炭素のこの無定形変体は四面体（ｓｐ”）及
び三方晶（ｓｐ”）ハイブリット化の共存によって及び
水素を組み込むことによって（約１０〜４０原子％）、
光学的透明度、微小硬度、化学抵抗性及び電気絶縁性の
ような特殊な特性をもたらされる。

有利には約０．０５〜３μｍの厚さを有するａＣ：Ｈｉ
層形の本発明による防湿材は、これに設定される要件を
高度に満足する。すなわちこの種の層はその比較的高い
密度（１．８ｇ−ｃｍ−”まで）により、０．２μｍ以
下の僅かな厚さですでに、ビンホールを有さずまたその
無定形構造の故に粒子境界及び同様の分子不均一性を含
まないことから、防湿材として極めて有用である。更に
ａ　−　Ｃ　：　Ｈからなる薄層は亀裂を形成せず、従
って防湿材としてＳｉ３Ｎ，からなる層を明らかに凌駕
する。

ａ−Ｃ：Ｈ層がピンホール及び亀裂を有さないというこ
とは、その上に配置すべきアルミニウム導電路を施す際
に誘電体層に金属尖端が侵入することは不可能であるこ
とを保証するものであり、従ってこれにより誘電体の絶
縁性が損なわれることは回避される。更にａ−Ｃ：Ｈ層
の場合、その電気絶縁抵抗は種々に調整することができ
るという利点を有する。またこの種の層を使用した場合
、有機誘電体は自由に選択することができる。この場合
誘電体はポリイミドからなるのが有利である。

更に本発明による防湿材は付着性が良好であるという利
点を有する。ポリイミド層及びアルミニウム表面へのａ
−Ｃ：Ｈ層の付着性は一般に、水が境界面内に側方から
拡散浸入し得ないほど良好である。その結果この箇所に
凝縮した水膜が生じることはない。

これに対してＳｉ３Ｎ．はその析出法によって必然的に
、ポリイミド層との付着性を限定される。

この事実によりＳｉ：＋ＮａＮは０．２５μｍを越える
厚さで使用することを禁じられる。それというのも特に
モジュールをプラスヂックでカプセル化することによっ
て湿気がＳｉ，ＩＮ．層の微小亀裂からポリイミド層を
有する境界面に達し得る場合には、そこでの好ましくな
い付着に際して凝縮した水膜が生じる可能性があるから
である。

ａ−Ｃ：Ｈ薄層の高い防湿作用を以下に示す。

厚さ１２８μｍのポリイミド箔は水に対して２．１４・
１　０−”　ｎ｛・ｓ　−　１の透過係数を有する。こ
の箔を０，９μｍの厚さのａ−Ｃ：Ｈ層で被覆した場合
、透過係数は５．７・１　０−”　ボ・ｓ　−　１に減
少する。これからａ　−　Ｃ　：　Ｔ４層に対し１．　
１・１０ｎｉ・ｓ　−　＋のＨ．０透過係数が生じ、こ
れは公知の耐湿性層の測定データに比して著しく低い値
である。

ｒＣ技術用の誘電体と本発明による防湿材とからなる二
層系の他の利点は、慣用の防湿材で構成されたものに比
べて、処理工程の減少された構造化が可能なことである
。その理由はａ　−　Ｃ　：　Ｈで？覆されたポリイミ
ド又は他の脊機誘電体の構造化に際して唯一の腐食工程
、すなわち０■　−ＲＩＥが必要であるにすぎないから
であり、これに対し他の無機防湿材例えばＳｉ３Ｎ．が
存在する場合にはＣＦ４又は同様のものでの付加的な腐
食工程が必要である。

ａ−Ｃ：Ｈ被覆されたポリイミドの０２　−ｔＥ構造化
に際しての腐食マスクとしてはケイ素含有フォトレジス
ト層を使用するが、これにより従来のフォトレジストの
場合に比べて一層微細な構造を得ることができる。この
場合第１の処理工程でフォトレジストを構造化する。次
いで公知の技術により第２処理工程で有機防湿材を腐食
し（ＣＦ，−ＲＩＢ又は同様のもの）、続いて第３工程
で有機の誘電体層を腐食ずる（０，−ＲＩＥで）。

これに対し本発明による防湿材が存在する場合にはフォ
トレジストの構造化後に第２の処理工程、すなわちａ−
Ｃ：Ｈ層及び有機誘電体層の同時腐食（０■　−Ｒ．　
Ｉ　Ｅによる）を行うだけである。その結果本発明によ
る防湿材を使用することにより有機誘電体の構造化に際
しての処理工程は、現在公知の技術と比べて導電路平面
当たり約３分の１に減少される。

本発明による防湿材の製造は、有機誘電体からなる層又
は笛上に、ガス状の炭化水素を高周波低圧−プラズマ析
出処理することにより、無定形の水素含有炭素からなる
Ｆｉｌｉｌを施すことによって行う。この場合プラズマ
析出は有利には無線周波数（ＲＦ）、すなわち０．１〜
１００ＭＨｚの範囲で行うが、中マイクロ波（ＭＷ）　
、すなわち０．１〜ＩＯＯＯＧＨＺの範囲で行うことも
できる。

本発明による防湿材の製造に際してはガス状炭化水素と
して有利にはアルカン、すなわちメタン、エタン及びプ
ロパンのような飽和脂肪族炭化水素を使用するが、この
場合特に好ましいのはメタンである。しかしその他にア
ルケン、すなわちエテン及びプロベンのような不飽和の
脂肪族炭化水素並びにアセチレン、シクロアルカンすな
わちシクロヘキサンのような飽和環状炭化水素、及び蒸
気状態でのヘンゾール及びヘンヅール誘導体の形の芳香
族炭化水素も使用することができる。上記の各炭化水素
は単独又は混合物として使用することができる。更にこ
れらの炭化水素には水素及び／又は、ヘリウム及びアル
ゴンのような希ガスを添加することもできる。

特にＲＦ励起での高周波放電中で、放電装置の異なる大
きさの内部電極（表面比≦０。５、有利には０．２５〜
０．　０　５　）に空間電荷により約１ｋＶまでの高周
波（ＨＦ）のタイミングパルスで脈動する直流電圧成分
（バイアス電圧又はセルフバイアス電位）力ｔ生じる。

この直流電圧成分は高周波交流電圧にヘテログイン変換
し、一層小さな電極を陰極化する。これにより反応ガス
のイオン化及びフラグメント化によって生じる帯電した
ＣＸ　Ｈ．粒子は陰極に向かって加速され、陰極の前に
配置された基板に高い運動工７ルギーでａ−Ｃ：Ｈの形
成下に析出される。先に記載した「セルフバイアス」効
果は内部電極が欠けていることにより極く僅かな規模で
はあるが、ＭＷ誘起析出プラズマの場合にも有効である
。それというのもプラズマと基板表面との間にはいずれ
の場合にも電位差が生じるからである。

〔実施例〕

次に本発明を一実施例に基づき更に詳述する。

円筒状のガラス容器の形をしたＲＦ励起によりａ−Ｃ：
Ｈをプラズマ析出する装置内にメタンＣＨ．（反応ガス
として）を１００Ｐａの圧力で導入する。反応ガスは２
つの等しくない電極（表面比１：４）間に形成された約
４００ｃＪの容量のプラズマに達する。双方の電極はＲ
Ｆ発電機と接続されている（ν−１３．５６ＭＨｚ）。

等しくない電極により両電極間にはＲＦ電圧にヘテロダ
イン変換可能のセルフバイアス直流電圧が生じ、その際
被覆すべき基板すなわち誘電体を有する小さい方の電極
が陰極となる。

陰極表面に対して約２．　２　Ｗ−ｃｍ−”の高周波出
力密度で、両電極間には約５００Ｖのセルフバイアス直
流電圧が生じる。この条件下に８．８・１０４Ｐａ−ｃ
ｆｆｌ−ｓ−’のＣＨ４物質流量でポリイミド治上に１
０分後に（析出速度約１．７ｎｍ−ｓ−’）、１．１・
ＩＱ−１１ポ・ｓ−＋のＨ．Ｏ透過係数を有する厚さ約
１μｍのａ−Ｃ：Ｈ層が得られる。

一１２ −田 ｉ王里 費ナ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）防湿材が無定形の水素含有炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）から
   なる薄層からなることを特徴とする集積回路における有
   機誘電体用防湿材。 ２）防湿材が約０．０５〜３μｍの厚さを有することを
   特徴とする請求項１記載の防湿材。 ３）有機誘電体がポリイミドからなることを特徴とする
   請求項１又は２記載の防湿材。 ４）有機誘電体からなる層又は箔上にガス状の炭化水素
   を高周波−低圧−プラズマ析出処理することにより、無
   定形の水素含有炭素からなる薄層を施すことを特徴とす
   る請求項１ないし３の１つに記載の防湿材の製法。 ５）プラズマ析出を無線周波数を用いて行うことを特徴
   とする請求項４記載の方法。 ６）炭化水素としてアルカン、特にメタンを使用するこ
   とを特徴とする請求項４又は５記載の方法。