JPH0250493A - 有機基体上の配線構造およびその製造方法 - 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〕 本発明は有機物系材料上に電気配線の形成が必要な有機
材料よりなる有機基体上の配線構造およびその製造方法
に係り、特に半導体集積回路素子の信頼性を高くするの
に好適な構造および製造方法に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩ素子等の多層配線構造は、第２図に示すように眉
間膜としてポリイミド樹脂を使う場合があるが、この場
合上層となる金属配線材料によってポリイミドと反応を
生じポリイミド中に金属イオンが浸入し、劣化すること
がある。

この解決策としては、配線材料と有機物材料との間に両
者のいずれにも反応しない薄膜を挿入することにより防
ぐ方法が考えられる。

さらに有機物材料上に金属配線膜を形成する場合１両者
の線膨張率が大きく異なることや有機物が金属や無機膜
とは直接の結合状態が困難なことから、接着力が小さく
形成直後にハクリが生じたり、クラックが発生したりす
ることは周知の事実である。この解決策としてはスパッ
タリング装置等によりプラズマ中で金属焼結体を不活性
ガスのイオン衝撃により形成するのが一般的である。

以上のように有機物基板と配線材料との間に形成する膜
はＳｉＯや５ｉａＮａと言った金属化合物から成る無機
膜が妥当である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記従来技術により形成した基板は、引張り試験
により５　Ｑ　ｇ　／　ａｓ程度で金属化合物薄膜にハ
クリが生じ、強度、耐久性又は信頼性が低いことがわか
った。

本発明の目的は上記問題点に鑑み、低コストで且つクラ
ックやハクリ等に関してより信頼性の高い有機基体上の
配線構造、その製造方法又はその応用装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、有機基体と、該有機基体の
表面上に被着された薄膜とを有し、上記有機基体の表面
近傍には、上記薄膜を構成する第１の元素と金属又は共
有結合を生する第２の元素が含有され、その上層に所定
の金属配線材料を構成する有機基体の配線構造を採用す
る。そして。

上記第１の元素は、Ｓｉ（シリコン）、Ｔｉ（チタン）
、Ｔａ（タンタル）、ＡＱ（アルミニウム）。

Ｃ（カーボン）　、　Ｚｒ　（ジルコニウム）、Ｉｎ（
インジウム）、Ｓｎ（すず）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃ
ｒ（クロム）、Ｇｅ（ゲルマニウムン。

Ｍｇ（マグネシウム）、Ｍｎ（マンガン）からなる群か
ら選ばれた少なくとも１種の元素であることが望ましい
、また、上記第２の元素は、Ｓｉ（シリコン）、Ｔｉ（
チタン）、Ｔａ（タンタル）。

ＡＱ　（アルミニウム）、Ｃ（カーボン）、Ｚｒ（ジル
コニウム）ｔ　Ｉｎ　（インジウム）、Ｓｎ（すず）、
Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）。

Ｇａ（ゲルマニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）およびＭ
ｎ（マンガン）からなる群から選ばれた少なくとも１種
の元素であることが望ましい。

また、上記目的を達成するものとして、所定の保護層に
よって被覆された配線材料層と、該配線材料層によって
被覆された下地層と、該下地層が表面に被着された有機
基体とを有し、上記下地層を構成する元素と金属又は共
有結合を生する元素が、少なくとも上記下地層と上記有
機基体との被着面近傍の上記有機基体内に含有する半導
体集積回路装置がある。

さらにまた、上記目的を達成する有機基体上の配線構造
の製造方法は、有機基体の表面近傍に所定元素を打ち込
む工程および上記所定元素を含む薄膜を、上記有機基体
上に被着する工程を含むものである。

〔作用〕

第１図を用いて本発明の詳細な説明する。

有機基体１内の表面近傍の含有領域３に含有された元素
とこの上層となる薄膜２を構成する元素とは金属原子間
の金属又は共有結合となるため、極めて強い接着力を有
する。

これによって、有機基体上に薄膜を被着（形成）した有
機基体上の配線材料４の強度、信頼性、耐久性の大巾な
向上が達成される。

（実施例〕 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第５図は実施例における半導体集積回路装置の断面を示
す、第５図において、符合１０はシリコン基板、符合１
１はポリシリコンから成る第１配線層である。そしてこ
の上に全面にポリイミド樹脂から成る第１有機Ｍ朋膜を
形成し、将来第２配線層と接続されるべき位置を公知の
ホトエツチング技術により開口し、開口部に導電性の層
間配線材料１３で穴埋めする。その後全面に第２図乃至
第４図に示すような装置により硅素を打込みした硅素含
有層１４を形成し、さらに硅素堆積層１５を形成する。

゛この堆積層の厚さは薄いほど好ましく、１０〜１００
０人程度が好ましい６また前記硅素含有層も薄いほど好
ましく１０〜５０００人程度が好ましい、その後符号１
６の第２配置１ＡＭであるＣｕ膜を形成し、公知のホト
リソ工程とイオンミリング等のドライエツチングの組合
せによりＣｕ膜１６のバターニングを行う、この時、同
時に下地膜となっている硅素堆積層１５及び硅素含有層
１４の不要部分もエツチング除去しエツチング溝１７を
形成することにより、配線同志が短絡されるのを防ぐこ
とができる。その後ファイナルパッシベーション膜たる
有機保護膜１８を形成する。ここでさらに第３の配線層
が必要な場合は有機保護膜１８が第２有機層間膜の役割
を成し、硅素含有層１４．硅素堆積層１５．第３配線層
と順次形成するのみでよい。

本実施例において、具体的には第２図に示すマイクロ波
プラズマ処理装置の一種である！磁界制御型マイクロ波
プラズマＣＶＤ装ｆｉ！１００を用いて作製した。以下
に製造方法とその手順について詳述する。

（実施例Ｉ） 先ず、試料室１０１内に第５図に示す第１有機層間膜１
２まで形成したシリコン基板１０を設置し、２　Ｘ　１
０−３Ｔｏｒｒのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でマイ
クロ波導波管１０２により導入した３００〜５００Ｗの
マイクロ波によってプラズマをプラズマ生成室１０３で
発生させ、これと同時に基板１０に隣接して設けたノズ
ル１０４によってモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを６■／
分導入する。ここでプラズマ生成室１０３を介して形成
したプラズマ生成ノズル１０５より導入したＡｒにより
５ｉＨａ　を分解させ、イオン化された硅素原子を第１
有機層間膜１２内に打込む、ここで硅素原子の打込み量
は真空容器外に設けた制御磁界コイル１０６，１０７に
よる磁界を制御することでその量を制御する。三つの制
御磁界コイル１０６゜１０７を個々に制御し、電子サイ
クロトロン共鳴領域（８７５ガウス）を基板１０に近づ
けることにより基板１０へのイオンの到達量を多くする
。

本実施例では基板１０と電子サイクロトロン共鳴領域と
の距離をＯ〜１２ａ＊の範囲内とした。なお、この時の
圧力も小さいほど電子の平均自由工程が長くなるので硅
素原子の基板１０内への打込みに効果が大きくなること
は言うまでもない０以上のようにして硅素（原子の）の
含有層１４を形成した後、マイクロ波出力を３００Ｗ以
下とし且つ基板１０と電子サイクロトロン共鳴領域間と
の距離を１０００以上として、同一圧力（２Ｘ　１０″
″’Ｔｏｒｒ）以下で硅素堆積層１５を１０〜５０００
人程度に形成した。然る後、別真空容器中に基板１０を
移動し、公知のスパッタリング法により第２配線層たる
Ｃｕ膜を所望の厚さに堆積し、公知のホトリソ法とイオ
ンミリング法により所定のパターンにエツチングすると
共に硅素堆積層１５及び硅素含有層１４の不要部分もエ
ツチング除去した後、有機保護膜１８を形成した。

ここで本発明者等は、比較例として基板１０を試料室内
へ設置後、プラズマをＮ２で発生させ、この中に５ｉ）
（＋を混入した場合（即ち、基板１１上には直接窒化硅
素膜が堆積される）やプラズマを０２で発生させ、この
中に５ｉＨａを混入した場合（即ち、基板１０上には直
接酸化硅素膜が堆積される）も実験したが、ビール試験
結果は高々５０　ｇ　／　ａｓ程度でクラックやハクリ
が生じた。

（実施例■） 本発明の他の実施例は次の方法によっても達成される。

即ち、前記電磁界制御型マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
１００の基板支持台に近接して設けたグリッド電極１０
８に第３図に示すように負のバイアス電圧を印加しなか
ら５ｉＨａガスを６ｃｃ／分とＡｒガスを４０ω／分同
時に流す、この時、Ａｒイオン及び分解したＳｉ原子イ
オンはグリッド電極１０８に引き込まれ、近接した基板
１１内に打込まれることにより硅素含有層１４が形成さ
れる。その後グリッド電極電位を０とした状態で続けて
５ｉＨａとＡｒガスを流し一定謹厚の硅素堆積層１５を
形成する。その後（実施例■）と同様にして第２配線層
１６及び有機保護膜１８を形成する。

（実施例■） 本発明のさらに他の実施例は次のものである。

即ち、第４図に示す如く高周波発振（ＲＦ）器を備えた
前記電磁界制御型マイクロ波プラズマＣＶＤ形成装置１
００の試料室１０１内に同様にして基板１０を設置し、
圧力２　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ、モノシランガス流量６
　ｃｃ　／分とアルゴン流量４０ｃｃ／分でマイクロ波
出力２７０Ｗでプラズマを発生し、さらに基板１１側に
ＲＦ出力５０Ｗを重畳してポリイミド樹脂内表面近傍へ
の硅素含有層１４を形成した後、ＲＦ比出力遮断しマイ
クロ波出力２７０Ｗのみでポリイミド樹脂表面上の硅素
堆積層１５を形成する。その後第５図と同様にして第２
配線層１６及び有機保護膜１８を順次形成して第５図と
同様の構造を得る。

（実施例■） 本発明の他の実施例は次の方法によっても達成される。

即ち、前記ＲＦ発振器を備えた電磁界制御型マイクロ波
プラズマＣＶＤ形成装置１００の試料室１０１内に同様
にして基板１０を設置し、圧力５×１０″″’Ｔｏｒｒ
以上モノシランガス６ｃｃ／分とアルゴン４０ｃｃ／分
との混合ガスでマイクロ波は付加せずにＲＦ出力３００
〜５００Ｗだけでプラズマ処理を施し、硅素含有層１４
及び表面上の硅素堆積層１５を形成し、その後第５図と
同様にして第２配線層１６及び、有機保護膜１８を順次
形成して第５図と同様の構造を得る。

以上のようにして形成した半導体集積回路装置のビール
試験を実施したところ、約５００ｇ／ｍと従来の１０倍
程度の接着力が確保できた。尚、この時のハクリ部分は
、第５図に示す第１配線層１１と第１有機層間膜１２と
の界面であった。このことより、本発明の目的である第
１有機層間膜１２と第２配線層１６との接着力は少なく
とも５００　ｇ　／　Ｃ２１以上であることがわかる。

一方、樹脂基板内へ打込む元素を硅素以外の金属及び半
金属として実施した例を第１表に示す。

いずれの場合においても有機基体をポリイミド樹脂、打
込み方法を実施例凹と同様の方法としたがビール試験の
結果はハクリやクラックがなく良好であった。

尚、本実施例においては、有機基体をポリイミド樹脂、
有機物系基体内へ打込む゛金属元素を硅素。

配線材料をＣｕとしたが基板は他のプラスチック基板例
えばポリメタクリレート、ポリオレフィン。

第１表 他の元素の実施例 拳；液体ソースを加温しなからＡｒガスによりバブリン
グして真空容器内に送る方法。

ビスフェノール、ポリ塩化ビニール、ポリエチレンテレ
フタレート等の樹脂でもよく、あるいはこれ等の樹脂若
しくは他の樹脂に弗素やＳｉを含有させた樹脂でもよい
、但、この場合、Ｔａを堆積する場合は有機物内へ含有
させる元素はＴａを、Ｔｉを堆積する場合はＴｉをと言
った前記堆積膜の構成元素を用いねばらない、また配線
材料もＡΩを始め他の金属やシリコン系材料といった導
電性材料であればよい。

さらに製造法において本明細書ではμ波プラズマやＲＦ
プラズマによって有機物内へ含有させる方法を述べたが
、イオンエツチングを用いて所定元素を打込んでもよく
、イオンインプランテーション法（イオン打込み法）に
よる打込みでもよく。

さらにスパッタリング装置内へ５ｉＨａとＡｒガスを混
入させ基板側を負のバイアス電位を印加する方法によっ
ても同様の効果がある。

一方、これまでのイオン衝撃を使って含有する方法以外
でも例えば有機物樹脂内に金属元素を含浸させた方法で
も同一効果は得られる。

また以上においては有機材料の基体の一例として半導体
集積回路装置で説明してきたが、本発明による技術は基
板が有機物系材料からなる他の基体にも適用できること
は言うまでもない、さらにこれ等に限ることなく例えば
有機物系材料からなるフレキシブル配線基体にも同様に
適用できる。

このフレキシブル配線基体としては、例えば、第１図に
示す構造が用いられ、有機基体としてポリイミド樹脂、
これに被着される薄膜として、Ｓｉ膜、また、ポリイミ
ドに打ち込む元素としては、Ｓｉを用いることが望まし
い。

一方、比較例として、前記電磁界制御型マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置１００の２個の制御磁界コイル１０６，
１０７の内の基板１ｏに最も近いコイル１０７のみ磁場
方向を反転させたいわゆるカスプ磁場中でマイクロ波２
７０ｗ、圧力２×１０−”Ｔｏｒｒ、　Ｓ　ｉ　Ｈ４ガ
ス６　ｃｃ　７分、Ａｒガス４０ｃｃ／分という条件に
より硅素層を形成した試料も作製した。カスプ磁場とし
た場合、イオンはそのほとんどが反転磁場によりはね返
されてしまうため基板１０には到達できない、従って基
板１０表面のプラズマはほとんどが等方性のラジカル成
分であり、基板１０のポリイミド樹脂内には打込まれる
ことなく単に表面上に硅素堆積層１５が形成されるのみ
である。その後実施例と同様にして配線材料１６．保護
膜１８を順次形成した後ビール試験を実施したところ高
々１’Ｏｇ／ｃｓ程度で配線材料１６がハクリしてしま
った。

これまでの経過から明らかなように、有機物系薄膜１２
上に単にＳｉ等の単一金属元素またはその窒化物や酸化
物、炭化物、弗化物等を堆積しただけでは接着力の改善
に大きな効果がないことが理解できよう。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、有機
基体上に配線材料を被着（形成）する有機基体配線構造
の強度耐久性、信頼性を大巾に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するため有機基体上の配線構造の
縦断図を示す。 第２図は本発明の製造装置の概略構造図を示す。 第３図および第４図は本発明の製造装置の電界印加方式
を示す図。 第５図は本発明の一実施例の集積回路装置の縦断面図で
ある。 １０・・・シリコン基板、１１・・・第１配線層、１２
・・・第１有機層間膜、１３・・・層間配線材料、１４
・・・硅素含有層、１５・・・硅素堆積層、１００・・
・電磁界制御型マイクロ波プラズマＣＶＤ装置、１０１
・・・試料室、１０３・・・プラズマ生成室、１０６，
１０７・・・制御磁界コイル、１０８・・・グリッド。 第１　回 第２図 ３−含４４＠域 ４−１ｘｌｊｔｌＪｒ−Ｐｒ Ｚ、４５ｑＨ工 第３ ２．４５Ｇｌ艦 第 ２．４５　（ｒＨｌ。 第

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．有機基体と、該有機基体の表面上に被着された薄膜
   と配線膜とを有し、上記有機基体の表面近傍には、上記
   薄膜を構成する第１の元素と金属若しくは共有結合を生
   する第２の元素が含有された有機基体上の配線構造。 ２．上記薄膜は、上記第２の元素を主たる構成元素とす
   る請求項１記載の有機基体上の配線構造。 ３．上記薄膜は、金属若しくは無機膜である請求項１記
   載の有機基体上の配線構造。 ４．上記第１の元素は、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ａｌ，Ｃ，
   Ｚｒ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｇｅ，Ｍｇ，Ｍｎから
   なる群から選ばれた少なくとも１種の元素である請求項
   １乃至請求項２のいずれかに記載の有機基体上の配線構
   造。 ５．上記第２の元素は、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ａｌ，Ｃ，
   Ｚｒ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｇｅ，ＭｇおよびＭｎ
   からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素である請
   求項１乃至請求項４のいずれかに記載の有機基体上の配
   線構造。 ６．上記薄膜は、単一金属若しくはその硅化物，酸化物
   ，窒化物，炭化物，弗化物からなる群から選ばれた少な
   くとも１種の材料を主たる材料とする請求項１乃至請求
   項５のいずれかに記載の有機基体上の配線構造。 ７．有機基体と、該有機基体の表面上に被着された薄膜
   と配線膜とを有し、上記有機基体の表面近傍には、上記
   薄膜を構成する第１の元素と金属若しくは共有結合を生
   する第２の元素が打ち込まれた有機基体上の配線構造。 ８．上記第２の元素は、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ａｌ，Ｃ，
   Ｚｒ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｇｅ，ＭｇおよびＭｎ
   からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素である請
   求項５記載の有機基体上の配線構造。 ９．所定の保護層によつて被覆された配線層と、該配線
   層によつて被覆された下地層と、該下地層が表面に被着
   された有機基体とを有し、上記下地層を構成する元素と
   金属若しくは共有結合を生する元素が、少なくとも上記
   下地層と上記有機基体との被着面近傍の上記有機基体内
   に含有された半導体集積回路素子。 １０．上記配線材料層は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍ
   ｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｐｄ及びＰｏｌｙＳｉを少
   なくとも含有する請求項７記載の半導体集積回路素子。 １１．上記下地層は、複数層の薄膜よりなる請求項７又
   は請求項８記載の半導体集積回路素子。 １２．上記下地層は、Ｓｉ膜およびＴｉ膜からなる請求
   項９記載の半導体集積回路素子。 １３．請求項１記載の有機基体上の配線構造を用いたプ
   リント配線基板。 １４．請求項１記載の有機基体上の配線構造を用いたテ
   ープキャリア。 １５．上記有機基体は、ポリカーボネート，ポリメタク
   リレート，ポリオレフィン，ビスフェノール，ポリ塩化
   ビニール，ポリエチレンテレフタレート、その他のアク
   リル系樹脂，ポリイミド系樹脂から成る群より選ばれた
   少なくとも１種の樹脂である請求項１乃至１３項記載の
   有機基体上の配線構造。 １６．以下の工程を含む有機基体上の配線構造の製造方
   法。 （１）有機基体の表面近傍に所定元素を打ち込む工程。 （２）上記所定元素を含む薄膜を、上記有機基体上に被
   着する工程。 １７．上記工程（１）および上記工程（２）は、マイク
   ロ波プラズマ処理装置を用いて行なわれる請求項１４記
   載の有機基体上の配線構造の製造方法。 １８．請求項１５記載の有機基体上の配線構造の製造方
   法において、 上記マイクロ波プラズマ処理装置は、上記有機基体の表
   面近傍の電位を負にする手段を有する有機基体上の配線
   構造の製造方法。 １９．上記工程（１）は、イオン打込み装置によつて行
   なわれる請求項１４記載の有機基体上の配線構造の製造
   方法。 ２０．上記工程（１）および上記工程（２）は、高周波
   スパッタリング装置により行なわれる請求項１４記載の
   有機基体上の配線構造の製造方法。 ２１．上記工程（１）は、イオンエッチング装置を用い
   て行なわれる有機基体上の配線構造の製造方法。