JPH05175359A - ダイヤモンド多層配線基板の製造方法 - Google Patents

ダイヤモンド多層配線基板の製造方法

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JPH05175359A
JPH05175359A JP33903391A JP33903391A JPH05175359A JP H05175359 A JPH05175359 A JP H05175359A JP 33903391 A JP33903391 A JP 33903391A JP 33903391 A JP33903391 A JP 33903391A JP H05175359 A JPH05175359 A JP H05175359A
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film
diamond
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forming
graphite
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Akitomo Tejima
章友 手島
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多層配線基板の製造方法に関し、ダイヤモン
ド膜を層間絶縁膜として放熱性と耐熱性の優れた多層基
板を実用化することを目的とする。 【構成】 ダイヤモンド膜を被覆したシリコン基板にエ
ネルギービームを走査し、走査部のダイヤモンド膜の一
部をグラファイトに相変化させて後、このグラファイト
上に金属膜を固着させて金属膜よりなる配線パターンを
形成するダイヤモンド被覆配線基板の製造方法におい
て、金属膜よりなる配線パターン上にダイヤモンドの成
膜が可能な導電性物質を選択的に成長させた後、この基
板上にダイヤモンド膜を被覆し、先と同様にエネルギー
ビームを走査してグラファイトよりなる配線パターンを
形成すると共に、バイア形成位置を選択的に照射してグ
ラファイトを表面にもち下の配線パターンに達する穴開
けを行った後、このグラファイト上に金属膜を被覆して
金属よりなる配線パターンとバイアを形成する工程を繰
り返すことを特徴としてダイヤモンド多層配線基板の製
造方法を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンドを層間絶縁
膜とする多層配線基板の製造方法に関する。ダイヤモン
ドは炭素(C)の同素体であり、所謂るダイヤモンド構
造を示し、ビッカース硬度は10,000kg/mm2 と大きく、
また熱伝導度は2000W/m K と他の材料に較べて格段に
優れており、またバルクを伝播する音速は18,000 m/sと
他の材料に較べて格段に速いなどの特徴をもっている。
【0002】そのため、この性質を利用して各種の用途
が検討されているが、このうちで熱伝導度の高いのを利
用して半導体素子のヒートシンク(Heat-sink) の構成材
としての利用が考えられている。
【0003】さて、多量の情報を高速に処理する必要か
ら情報処理装置の主体を構成する半導体装置は小形大容
量化が進んでLSI やVLSIが実用化されており、これを配
線基板上に高密度に装着して使用されているが、使用に
当たって半導体装置からの発熱量は膨大となっている。
【0004】そこで、耐熱性の優れたガラスセラミック
スやセラミックスを構成材料とする多層回路基板が使用
されているが、半導体装置はULSIなど益々小形大容量化
が進んでゆく現在、放熱性は充分とは言えない。
【0005】そこで、本発明はダイヤモンドを配線基板
として使用することにより放熱性が優れ、且つ耐熱性と
絶縁性に優れた多層配線基板を実用化するものである。
【0006】
【従来の技術】ダイヤモンド膜の形成方法としては低圧
合成法が公知であり、シリコン(Si)など耐熱性がよく且
つ格子定数の近似している材料を基板としてこの上に微
結晶の形でダイヤモンド膜を成長させることができる。
【0007】こゝで、低圧合成法としてはマイクロ波プ
ラズマ気相成長法( 略してマイクロ波プラズマCVD 法)
,DCプラズマジェットCVD 法などの方法がある。こゝ
で、マイクロ波プラズマCVD 法はマグネトロンなどより
発生するマイクロ波(μ波)を導波管によりプラズマ発
生室に導き、メタン(CH4)など炭化水素よりなるソース
ガスを分解してプラズマ化させ、これを加熱してある被
処理基板上に導くことにより炭素ラジカルがダイヤモン
ドとなって微結晶を成長させる方法である。
【0008】また、DCプラズマジェットCVD 法は陽極と
陰極の間から水素(H2)と炭化水素、例えばCH4 との混合
ガスを反応室に供給すると共に、排気系を動作して反応
室内を低真空に保持した状態で陽陰極間にアーク放電を
生じさせ、混合ガスを分解させてプラズマ化させると、
炭素プラズマを含むプラズマジェットは被処理基板に衝
突し、微結晶からなるダイヤモンド膜を成長する方法で
ある。
【0009】このように被処理基板上にCVD 法によりダ
イヤモンド膜を成長することができるが、この上に直接
に導体パターンを形成することは困難である。すなわ
ち、ダイヤモンド膜を形成した基板上に真空蒸着法やス
パッタ法を用いて金属膜を形成しても、密着性が悪く、
容易に剥離するために導体線路などを形成することはで
きない。
【0010】これに対し、発明者等は密着性よく導体線
路を形成した配線基板の製造方法を提案している。( 特
願平02-067308) この方法は図2に示すようにダイヤモンドの成長が可能
で、且つ熱伝導率も高いSi基板1を用い、この上に上記
の方法でダイヤモンド膜2を形成した後、ダイヤモンド
砥石を用いて研磨し、表面を平滑にする。(以上同図
A) 次に、導体パターン形成位置にレーザなどのエネルギー
ビームを走査して局所的に加熱し、照射部のダイヤモン
ドをグラファイトに相変化させてグラファイト膜3を作
る。
【0011】この際、ダイヤモンドの一部は炭酸ガス
(CO2)となるために、走査部はグラファイトを表面に備
えた凹部となる。( 以上同図B) 次に、この上に真空蒸着, スパッタ, 有機金属気相成長
( 略称MOCVD)など何れかの方法を用いて、金属膜4を形
成する。(以上同図C) 次に、超音波洗浄を行えば、グラファイト膜3に接して
いる領域を残してダイヤモンド膜上の金属膜4は除去さ
れることから、密着性のよい導体線路5を形成すること
ができる。(以上同図D) このようにして、放熱性が良く、また耐熱性に優れた配
線基板を作ることができた。
【0012】然し、半導体装置の高密度実装の行われて
いる現在、高密度実装を行うためには配線の多層化が必
要であり、ダイヤモンド膜を層間絶縁膜とする多層配線
基板の実用化が必要であった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】大量の情報を処理する
情報処理装置は半導体素子の高密度装着が必要であり、
そのためには配線基板を多層化する必要がある。
【0014】そこで、ダイヤモンド膜を基板とする多層
配線基板の製造方法を実用化することが課題である。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の課題はダイヤモン
ド膜を被覆したシリコン基板にエネルギービームを走査
し、走査部のダイヤモンド膜の一部をグラファイトに相
変化させて後、このグラファイト上に金属膜を固着させ
て金属膜よりなる配線パターンを形成するダイヤモンド
配線基板の製造方法において、金属膜よりなる配線パタ
ーン上にダイヤモンドの成膜が可能な導電性物質を選択
的に成長させた後、この基板上にダイヤモンド膜を被覆
し、先と同様にエネルギービームを走査してグラファイ
トよりなる配線パターンを形成すると共に、バイア形成
位置を選択的に照射してグラファイトを表面にもち下の
配線パターンに達する穴開けを行った後、このグラファ
イト上に金属膜を被覆して金属よりなる配線パターンと
バイアを形成する工程を繰り返すことを特徴としてダイ
ヤモンド被覆多層配線基板の製造方法を構成することに
より解決することができる。
【0016】
【作用】発明者が提案しているダイヤモンド配線基板を
多層化する場合の問題点は、 上下の配線層を回路接
続するバイアをどのようにして設けるか、 金属より
なる配線パターン上に如何にしてダイヤモンドを成長さ
せるか、などの問題がある。
【0017】こゝで、に対しては、従来はダイヤモン
ド膜の一部を残すようにエネルギービームを照射し、こ
の表面にグラファイト膜を形成しているのに対し、エネ
ルギービームを局所的に照射してダイヤモンド膜を貫通
せしめ、この貫通孔の周りにグラファイト膜を形成させ
ればよい。
【0018】具体的には、走査しているエネルギービー
ムを一時的に停止して照射を行うことにより達成するこ
とができる。また、に対しては、配線パターン形成金
属としてダイヤモンドの成長が可能な金属を用いれはよ
く、例えばモリブデン(Mo)や白金(Pt)が適している。
【0019】然し、Moは抵抗率が大きいし、また、Ptは
高価なことから配線材料としては問題がある。そこで、
発明者は不純物を高濃度にドープして低抵抗化した多結
晶Siを使用する。
【0020】このような導電性物質を基板上に膜形成し
た後に、基板面を軽く研磨すると、ダイヤモンドとの密
着強度は弱いために配線パターン形成部を除いて除去す
ることができる。
【0021】以上のことから、本発明に係る多層配線基
板の製造方法としては、図1に示すようにSi基板1上に
形成した第1のダイヤモンド膜2に図1と全く同様にエ
ネルギービームを照射して配線パターン形成部に第1の
グラファイト膜3を表面にもつ溝部を形成し、この上に
スパッタ法や真空蒸着法などの方法で第1の金属膜4を
形成した後、超音波洗浄や軽い研磨を行うことにより第
1のダイヤモンド膜2の上に直接形成されている第1の
金属膜4を除く。(以上同図A)次に、スパッタなどの
方法により不純物濃度の大きなポリSiを基板全域に膜形
成した後、軽い研磨を行うことにより溝部の第1のポリ
Si6を除いて第1のダイヤモンド膜2の上のポリSi膜は
除去することができ、これにより第1層目の導体線路が
完成する。(以上同図B) 次に、この基板上に従来の方法で第2のダイヤモンド膜
7を形成した後、先の工程と同様にエネルギービームを
走査して表面に第2のグラファイト膜8をもつ溝状の配
線パターンを形成するが、ビア形成位置9ではエネルギ
ービームの照射量を増して第2のダイヤモンド膜7を貫
通させておく。
【0022】こゝで、エネルギービームの照射量を増す
にはビームの走査を一時停止すればよい。(以上同図
C) 次に、スパッタ法や真空蒸着法などの方法で第2の金属
膜10を形成した後、超音波洗浄を行うか、紙や布を用い
て軽い研磨を行うか、或いは粘着テープを用いることに
より第2のダイヤモンド膜7の上の第2の金属膜10を除
いた後、不純物濃度の大きなポリSiを基板全域に膜形成
した後、軽い研磨を行うことにより溝部の第2のポリSi
11を除いて第2のダイヤモンド膜10の上のポリSi膜は除
去することができ、これにより第2層目の導体線路が完
成する。(以上同図D) このような工程を繰り返すことによりダイヤモンド多層
配線基板を作ることができる。
【0023】
【実施例】Si基板の上にDCプラズマジェットCVD 法によ
りダイヤモンド膜を20μm の厚さに形成した。
【0024】こゝで、原料ガスとしてメタン(CH4) と水
素(H2)を用い、成膜条件は、CH4の流量は0.7 リットル
/分,H2の流量50リットル/分,チャンバ内のガス圧は
50 torr,アーク電流は30A,ノズル・基板間の距離は20
mm, 成膜速度は60μm/時,成膜時間は20分である。
【0025】このようにして得たダイヤモンド膜をダイ
ヤモンド砥石を用いて研磨したものを試料とした。次
に、エネルギービームとしては光源として出力5WのAr
レーザを用い、直径10μm に絞ったレーザビームを5cm
/秒の速度で走査して配線パターンを形成したが、走査
部は幾分黒く変色してグラファイトへの相変化を示して
おり、抵抗値は約3Ω/cmであった。
【0026】次に、真空蒸着法により基板の全域に亙っ
て5000Åの膜厚にAuを蒸着した後、基板をイソプロピル
アルコールの入ったビーカに入れ超音波洗浄を30分行っ
た結果、グラファイトのある配線パターン形成部を除
き、Au膜は完全に剥離した。
【0027】なお、幅10μm のAu被覆配線の抵抗値は0.
05Ω/cmであった。(以上図1A関連) 次に、不純物濃度1019cm-3の硼素(B) をドープしたSi基
板をターゲットとしてスパッタを行い、ポリSiを1μm
の厚さに形成した後、軽く研磨することにより溝状の配
線パターン形成部のポリSiを除き、ポリSiは完全に除去
された。( 以上図1B関連) 次に、この上に先と同様にDCプラズマジェットCVD 法に
よりダイヤモンド膜を20μm の厚さに形成した後、先と
同じ条件でArレーザを走査して配線パターンを形成した
が、バイア形成部ではレーザビームを15秒間静止させて
バイアホールを形成した。( 以上図1C関連) 次に、先と同様に基板の全域に亙って5000Åの膜厚でAu
を蒸着した後、超音波洗浄を行って、ダイヤモンド膜上
のAu膜を除き、次にポリSiのスパッタを行い、軽く研磨
してダイヤモンド膜上のポリSiを除くことにより第2層
目の導体線路が完成した。(以上図1D関連) なお、この工程を繰り返すことにより任意の多層化が可
能である。
【0028】
【発明の効果】本発明の実施により、半導体素子の高密
度実装に適した多層配線基板を実用化することができ、
これにより半導体素子の信頼性を確保することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るダイヤモンド多層配線基板の製造
工程を示す断面図である。
【図2】発明者が既に提案しているダイヤモンド配線基
板の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 Si基板 2 第1のダイヤモンド膜(ダイヤモンド膜 ) 3 第1のグラファイト膜(グラファイト膜) 4 第1の金属膜(金属膜) 5 導体線路 6 第1のポリSi 7 第2のダイヤモンド膜 8 第2のグラファイト膜 10 第2の金属膜 11 第2のポリSi

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイヤモンド膜を被覆したシリコン基板
    にエネルギービームを走査し、該走査部のダイヤモンド
    膜の一部をグラファイトに相変化させて後、該グラファ
    イト上に金属膜を固着させて金属膜よりなる配線パター
    ンを形成するダイヤモンド被覆配線基板の製造方法にお
    いて、 該金属膜よりなる配線パターン上にダイヤモンドの成膜
    が可能な導電性物質を選択的に成長させた後、該基板上
    にダイヤモンド膜を被覆し、先と同様にエネルギービー
    ムを走査してグラファイトよりなる配線パターンを形成
    すると共に、バイア形成位置を選択的に照射してグラフ
    ァイトを表面にもち下の配線パターンに達する穴開けを
    行った後、該グラファイト上に金属膜を被覆して金属よ
    りなる配線パターンとバイアを形成する工程を繰り返す
    ことを特徴とするダイヤモンド多層配線基板の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前項記載のグラファイト上に被覆する金
    属膜が金よりなることを特徴とする請求項1記載のダイ
    ヤモンド多層配線基板の製造方法。
  3. 【請求項3】 前項記載のダイヤモンドの成膜が可能な
    導電性物質が不純物元素をドープした多結晶シリコンで
    あることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド多層
    配線基板の製造方法。
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