JPH03257840A - 有機・金属薄膜の形成方法 - 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〕 本発明は高密度実装用の多層配線基板に係り、特に、多
層化のための配線膜・絶縁膜の高密着化形成方法に関す
る。

〔従来の技術〕

半導体用集積回路が高密度集積化の方向Ｌ：、あり、こ
れに対応すべく実装用の基板等も高密度化が要求されつ
つある。コンビュ・−夕月ＬＳＩ搭載用基板には種イこ
のタイプのものが挙げられるが、例λば、高密度実装用
はセラミックＰＧＡ　（ピングリッドアレー）やプラス
チックＰＧＡなどが代表的で、これらは年々高密度化が
進み、多層化、あるいは、多ピン化の傾向にある。

これらは基板上に導体配線膜を形成し、この上に層間絶
縁膜を形成し、これを順次重ねて多層構造とするもので
、各導体の接続は多層に孔設したスルーホール配線によ
るものである。

このような多層配線構造の、眉間絶縁膜はポリイミド（
ＰＩ）を用い、また、導体配線膜はＣｕを用いたものは
特願昭５９−１６７０９６号や特願昭５９−１９８７９
５号明細書などで公知である。

一方、前述のように、ＬＳＩの集積度が更に増し、高密
度化されると、ＬＳＩと実装用基板間には熱膨張差によ
るストレスがかかり、配線切れや膜剥れなど種々の問題
が出てくる。この問題を防ぐために従来のポリイミドに
対し、Ｓｉ基板やＣｕ配線膜の持つ熱膨張係数に近い、
いわゆる、低熱膨張性ポリイミドの適用が進められつつ
ある。

しかし、低熱膨張性ポリイミドは分子構造が直鎖状のた
め、従来のポリイミドに比べ、導体配線膜との密着性が
悪いという問題があった。この密着性を向上させる手段
として、低熱膨張性ポリイミド表面をプラズマ処理し、
密着性を向上させることについては特開昭６１−２９５
３６５号公報にも開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この従来技術では具体的な配線膜の形成方法や
装置については開示されていない。つまり、ポリイミド
表面をプラズマ処理によって表面改質できようとも、い
かにして配線膜形成プロセスに導入していくべきかにつ
いては述べられていない。すなわち、プラズマ処理の効
果によって密着性を向上させるためには、処理によって
付与した官能基を離脱させることなく、また、大気にさ
らした際の汚染や水分の吸着等をいかに少なくするかに
ついての具体的な方法、装置等については詳しく開示さ
れていない。

本発明の目的はこれら汚染等をなくするために、ポリイ
ミド表面のプラズマ改質処理後、大気にさらすことなく
、その場で配線金属膜を成膜し、密着性の強い多層膜を
形成する方法を提供することにある。

本発明の他の目的はポリイミドのプラズマ処理と配線金
属膜の成膜処理とを連続処理し、プロセスの短縮化を図
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、本発明では同一のチャンバ
内でプラズマ処理と成膜処理を行えるようにした。すな
わち、一つのチャンバをシャッタを介して上、下に分け
、下部にはプラズマ処理室、上部は蒸着室とした。ちな
みに、本発明ではプラズマの種類としては、ポリイミド
の表層の構造を破壊させることなく、所定の官能基を付
与することを目的としたため、ＥＣＲ（エレクトロン・
サイクルトロン・共鳴）プラズマを設け、一方、上部蒸
着の方法は、ＣｕやＡＱ等の導体配線膜を形成させると
同時にそれらの配線膜のバリア膜として、ＴｉやＯｒな
との高融点金属膜を連続的に形成する必要があるためＥ
Ｂ（電子ビーム）蒸着方式を採用した。なお、プラズマ
発生出力をおさえ、所定の条件が得られるならば、通常
の平行平板型のＲＦプラズマを用いることもできる。ま
た、蒸着方式を他の抵抗加熱方式にすることや、他の成
膜手段としてスパッタ法を採用することもよい。

更に、本発明では被処理物の搬送経路を短くし、搬送途
中での汚染を少なくするために、上部蒸着室と下部ＥＣ
Ｒ室をシャッタで仕切っているが、十分に気密性が保た
れるゲートを設置できるならば、水平方向に複数ケの処
理室を備えることでもよい。

なお、本発明の上、下シヤツタ方式の場合の被処理物の
搬送方法は、エアチャック方式で被処理物を着脱できる
ようにした円筒状の昇降機構を採用し、できるだけ移送
経路を短くし、プラズマ処理後の成膜処理を迅速に行え
るようにしている。

一方、プラズマ処理時には、例えば、Ｎ２ガス等を導入
し、１Ｏ−２〜１０−’ｔｏｒｒ台の圧力でプラズマ処
理するが、この処理前にはあらかじめ真空排気により１
０−’ｔｏｒｒ以上の高真空にし、他の不要な残留ガス
は十分に排除しておく必要がある。

また、配線金属膜を蒸着する際には、再度、真空排気し
、１０′″ＩＩｔｏｒｒ以上の高真空にする事が望まし
い。

〔作用〕

本発明の成膜プロセスの具体例で説明すれば、まずＥＣ
Ｒプラズマ発生室に被処理物として、ポリイミドフィル
ムを移送し、例えば、Ｎｚプラズマを発生させる。所定
の時間及び出力条件下でポリイミドフィルムをプラズマ
にさらすと、ポリイミド表層にはアミド基やアミノ基等
の官能基が付与される。この後、直ちに被処理物を上部
ＥＢ蒸着室にシャッタを介して移送し、その後シャッタ
を閉じる０次いで、配線金属膜としてＣｕをＥＢ無蒸着
より所定の膜厚だけ成膜する。

このようにその場で表面改質処理と成膜処理を実施する
と、従来の処理法、つまりＥＣＲプラズマ処理後に他の
蒸着装置にセツテングするために、いったん大気中にさ
らしたものと比較すると、本発明の方法の処理膜の方が
きわめて密着性が高いことが判明した。すなわち、プラ
ズマ処理後その場で配線膜を蒸着させると、大気のＮｔ
、　Ｏｘ、あるいは水分やちりなとの付着を完璧に防止
でき、ポリイミド表面のプラズマ改質処理の効果が最大
限に引き出されているためと考えられる。

以上のような効果は他のガス系のプラズマ処理、例えば
、Ｏｚｔ　ＮＨ８，ＣＦ４ガスにおいてもみられ、また
、他の配線金属膜１例えば、ＡＱｔ　Ａｇ。

Ｔｉ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｃｒなどとの組合せでも期待できる
。とくに、Ｎ２プラズマ処理とＴｉの組合せにおいて効
果が大きい。

また、Ｎ２プラズマ処理では、とくに、ＥＣＲ方式では
プラズマ中にはＮ　Ｘ１１．　Ｎｚ”　、　Ｎ”、　Ｎ
、”。

Ｎ＋なとの種々のプラズマ活性種が形成され、中でもＮ
Ｘ’は密着性に非常に関係することが分かった。従って
、ＥＣＲプラズマ条件を常にＮｘ＊の生成が最大になる
ようにコントロールすることが重要である。つまり、プ
ラズマ処理室内にプラズマスペクトル分光用のセンサを
設け、常に、所定のプラズマ活性種が生成されるようモ
ニタリングすることと、フィードバックさせる機構を備
えさせるとよい、この結果、具体的にはガス圧力、出力
。

ＥＣＲ点間距離の最適条件を、常時、コントロールする
ことによって、密着性の面で信頼性を確保できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

〈実施例１〉 第１図はシャッタ１３を介して、一つの真空チャンバが
上下に仕切られ、下部がＥＣＲプラズマ発生室１．上部
がＥＢ蒸着室１′となっている。

被処理物５の搬入は右側のロードロック室１１より行な
い、上下処理室間の昇降は円筒状の支持体４による。被
処理物５の着脱はエアチャックによりつめを開閉するこ
とによる。

プラズマ処理室は、あらかじめ、１０″″１１〜１０″
″Ｂｔｏｒｒ台に真空排気しておき、このプラズマ室１
内にガス抽入口１４を介し、おおよそ、１〜５ｘ１０″
″’ｔｏｒｒのＮ２ガスを導入後、ＥＣＲプラズマを発
生させる。ＥＣＲ出力は可変であるが本実施例では約３
００〜４００Ｗとし、被処理物５とＥＣＲ点間距離はＮ
Ｘ”活性種密度が最も高くなる値にセット（本実施例で
は４０閣）するようにした。

このプラズマ処理中は、シャッタ５は開けた状態とする
が、この後のＥＢ蒸着処理時には閉め、プラズマ室内の
汚染を防ぐようにした０次いで、配線金属のＥＢ蒸着時
には再度真空排気し、１０−６〜１０−６ｔｏｒｒ台の
高真空下で所定の膜厚だけ蒸着する。

このような方法で、厚さ１０μｍ、輻５０×５０■のポ
リイミドフィルム５をロードロック室１１を通じて搬入
し、ＥＣＲプラズマ条件下で１０分間の処理を施し、次
いで昇降機構を用いて上昇させ、ＥＢ無蒸着よりＣｕ、
Ｔｉ、その他金属膜を所定の膜厚だけ蒸着した。これら
の処理フローは第２図に示す通りである。更に、通常の
配線膜であるＣｕ膜に対し、より密着性を高めるために
他の密着金属層を挿入する場合があるが、第３図はその
処理フローを示すもので、ポリイミドの表面改質層とＣ
ｕ膜との間に約５００〜１０００人厚さのＴｉ密着層を
設けた例であり、より実際的な膜構成である。

第１表及び第２表は各種処理膜の密着強度を膜のビール
強さ（剥離強さ）で比較したものである。

第１表は本発明によるプラズマ処理後にその場でＣｕを
蒸着したものと、従来のプラズマ処理後、いったん大気
中にさらしたものとの密着強度（ビール試験値）を比較
したものである。

ビール試験は、４インチＳｉウェハ上に処理されたポリ
イミド膜と配線金属膜のサンプルから長さ２０■２幅５
腸の短冊状の試験片を切り出し、ポリイミドと金属膜と
の界面の密着力を測定したもので、通常の小型引張試験
機による膜剥離試験である。

第１表は、ＬＰＩ（低熱膨張性ポリイミド）表面をＮ２
プラズマ処理後１本発明の方法により大気にさらすこと
なくＣｕをＥＢ（電子ビーム）蒸着法により５μｍ厚さ
だけ成膜したもの、あるいはＮ２プラズマに変えてｏ２
やＮ　Ｈｓプラズマ処理したもの等のビール試験値を示
したものである。

これらは従来の平行平板型プラズマ、あるいは、ＥＣＲ
プラズマ処理後いったん大気にさらしてからＣｕを成膜
したものと比べると、本発明の場合、５００ｇ／ａｍ以
上の密着強度が得られることが分かった。中でもＮ２．
プラズマ処理の本発明方法では、１０００ｇ／ａｍ近く
のビール強度があり、従来の二倍以上の密着強さが得ら
れている。

〈実施例２〉 表２は、同様な効果を従来からＣｕよりもポリイミドと
比較的密着性が良好と言われているＴｉやＣｒを１００
０人厚さだけ挿入し、更にその上にＣｕを５μｍ厚さだ
け成膜した場合のポリイミドとＴｉ＋Ｃｒ等の密着性金
属との界面のビール強度を示したものである。

これらの結果をみると、Ｔｉ、Ｃｒのいずれを挿入した
場合でも６００ｇ／ａｍ以上の高いビール強度が得られ
、中でもＮ２プラズマ処理のものではどれも１０００ｇ
／ａ＋＋以上の更に高い値となることが判明した。

通常、半導体の配線プロセスでは、本実施例のようなビ
ール試験法では、おおよそ４００ｇ／■以上の密着強度
が必要とされているが、その点では、本発明による処理
法を用いれば殆との条件下において密着力に関する信頼
性は保証される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、配線金属膜と同等の熱膨張係数をもつ
、いわゆる、低熱膨張性ポリイミド膜と配線金属膜との
密着性が大幅に改善され、特に半導体用薄膜配線プロセ
スに十分耐え得るだけの密着力が得られ、ＬＳＩや各種
実装基板の薄膜多層配線に利用でき、更には、ポリイミ
ドフィルムを用いた各種薄膜多層配線、例えば、Ｔ　Ａ
　Ｂ　（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ
）等のフレキシブル実装部材への用途が拡大するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例の側面図。 第 第 図 第 図 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．同一の真空処理室内にシャッタを介して有機薄膜表
   面のプラズマ処理室と金属配線膜の成膜室とを設けるか
   、あるいは気密性を有するゲートを介し、前記プラズマ
   処理室と成膜室とを連結するかのいずれかの方法により
   、プラズマ処理によつて官能基が付与された表面を大気
   にさらすことなく、連続的に金属配線膜を形成すること
   を特徴とする有機・金属薄膜の形成方法。
2. ２．請求項１における前記プラズマ処理は電子サイクル
   トロン共鳴プラズマであり、前記成膜処理は真空蒸着も
   しくはスパッタ処理である有機・金属薄膜の形成方法。
3. ３．請求項２の前記電子サイクルトロン共鳴プラズマ処
   理において、プラズマ室にはプラズマ活性種及びその量
   をモニタリングし、プラズマ処理の最適化を図れるよう
   なフィードバック機構を備えた有機・金属薄膜の形成方
   法。
4. ４．請求項１において、前記有機・金属薄膜の有機薄膜
   はポリイミド膜であり、金属薄膜はＣｕ，Ａｎ，Ａｇ，
   Ａｕのうちのいずれか一種以上、あるいはこれらを主成
   分とする合金薄膜である有機・金属薄膜の形成方法。
5. ５．請求項４において、前記ポリイミド膜と前記金属薄
   膜との界面に密着性金属として、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎ
   ｂ，Ｖのいずれか一種以上を挿入する有機・金属薄膜の
   形成方法。