JPH05267843A - 多層配線構成体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】基板上に形成した第１層金属配線と該第１層金
属配線を覆う第１層のポリイミド系絶縁膜と、該第１層
のポリイミド系絶縁膜に形成された開口を介して前記第
１層の金属配線に接続された第２層の金属配線とを最小
構成単位として具備した多層配線構成体において、該第
ｎ層のポリイミド系絶縁膜が第ｎ−１層のポリイミド系
絶縁膜の端面を逐次覆うように形成したことを特徴とす
る多層配線構成体。 【効果】この発明によれば、多層のポリイミド系絶縁膜
を備えた多層配線構成体を形成する場合、従来技術に見
られる如き、熱処理工程や、配線形成工程を多数回繰り
返すことに起因するポリイミド系絶縁膜の端部や周縁部
などの劣化を確実に防止でき、信頼性が高い多層配線構
成体を安定して製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層配線構成体に関す
るものであり、さらに詳しくは、ポリイミド系樹脂を層
間絶縁膜として用いた高密度実装用多層配線構成体に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリイミド系樹脂を層間絶縁膜として用
いた高密度実装用多層配線構成体としては、図−２に示
した構造の多層配線構成体が知られている（例えば「日
経エレクトロニクス」１４９頁、１９８４年８月２７日
号あるいはTAKASI INOUE他、Micro Carrier for LSI Ch
ip Used in the HITAC M-880 Processor Group、IEEE ,
704,1991）。図２において１は基板、２はポリイミド系
絶縁膜、３は金属配線、４は上部配線と開口（接続孔）
部である。しかしながら、従来の多層配線構成体におい
ては、層間絶縁膜として用いられるポリイミド系樹脂の
端部の構造については全く配慮がなされていないのが現
状である。多層配線構成体において層間絶縁膜として用
いるポリイミド系樹脂は逐次１層づつ４００℃前後の温
度で熱処理し、積層する必要がある。そのため、最下層
（第１層のポリイミド系絶縁膜）のポリイミド膜は配線
層数に相当する回数の熱履歴を受ける。４００℃の熱処
理は通常窒素雰囲気中で実施されるが、配線層数が増え
るに伴い、ポリイミド膜が常に露出している部分（ポリ
イミド膜の端部）は、微量の酸素により劣化が促進さ
れ、基板と第１層のポリイミド膜との界面あるいはポリ
イミド−ポリイミド界面、とくに端部での剥離が生じ、
信頼性に問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の諸欠点に鑑み創案されたもので、その目的とする
ところは従来の多層配線構成体に見られるごとき基板と
ポリイミド系絶縁膜間やポリイミド−ポリイミド界面、
特に絶縁膜の端部ないし周縁部等で発生する剥離を確実
に防止し、信頼性が高い多層配線構成体を得ることにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
基板上に形成した第１層金属配線と該第１層金属配線を
覆う第１層のポリイミド系絶縁膜と、該第１層のポリイ
ミド系絶縁膜に形成された開口を介して前記第１層の金
属配線に接続された第２層の金属配線とを最小構成単位
として具備した多層配線構成体において、該第ｎ層のポ
リイミド系絶縁膜が第ｎ−１層のポリイミド系絶縁膜の
端面を逐次覆うように形成されてなることを特徴とする
多層配線構成体により達成される。

【０００５】本発明における基板としてはシリコン、ア
ルミニウム、窒化アルミ、アルミナセラミック、ガラス
セラミック、サファイヤなどが用いられるが、これらに
限定されない。

【０００６】本発明における金属配線とは、金、銅、ニ
ッケルおよびまたは、銅合金、ニッケル合金などが、単
独或いはアルミニウム、金、クロム、白金、銀などの電
気伝導性の材料との複層で、所望の機能を果たすよう
に、パタ−ン状または全面に形成された層である。これ
らの配線は、通常、真空蒸着、スパッタリング、メッキ
などにより形成される。

【０００７】本発明におけるポリイミド系絶縁膜とは、
テトラカルボン酸二無水物とジアミンを選択的に組み合
わせ、これらをＮ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−
ジメチルアセトアミドなどの極性溶媒中で反応させて、
ポリイミド前駆体のワニスとした後、このポリイミド前
駆体のワニスを基板上に塗布して２００〜４００℃の範
囲で熱処理を行ない脱水縮合することにより得ることが
でき、公知のものが使用しうる。具体的な例として、ピ
ロメリット酸二無水物と４，４´−ジアミノジフェニル
エ−テル、３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸二無水物と４，４´−ジアミノジフェニルエ
−テル、３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボ
ン酸二無水物と４，４´−ジアミノジフェニルエ−テ
ル、ピロメリット酸二無水物と３，３´−（または４，
４´）ジアミノジフェニルスルホン、ピロメリット酸二
無水物と３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカ
ルボン酸二無水物と３，３´−（または４、４´）ジア
ミノジフェニルスルホン、３，３´，４，４´−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物と３，３´−（また
は４，４´）ジアミノジフェニルスルホン、３，３´，
４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と３，
３´−（または４，４´）ジアミノジフェニルスルホ
ン、ピロメリット酸二無水物と４、４´−ジアミノジフ
ェニルスルフィド、３，３´，４，４´−ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸二無水物と４，４´−ジアミノジフ
ェニルスルフィド、３，３´，４，４´−ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物と４，４´−ジアミノジフェニ
ルスルフィド、３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミン、
３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物とパラフェニレンジアミン、ピロメリット酸二無水
物および３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカ
ルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミン、ピロメリ
ット酸二無水物および３，３´，４，４´−ビフェニル
テトラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミン、
３，３´，４，４´−ジフェニルエ−テルテトラカルボ
ン酸二無水物と４，４´−ジアミノジフェニルエ−テ
ル、３，３´，４，４´−ジフェニルエ−テルテトラカ
ルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミン、ピロメリ
ット酸二無水物と４、４´−ジアミノジフェニルエ−テ
ルとビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキ
サン、などから合成されたポリイミド前駆体のワニスが
好ましく用いられる。

【０００８】ポリイミド前駆体としては、感光性を付与
したものが、直接パタ−ン加工ができ、工程を簡略化で
きるので望ましい。感光性を付与する方法は例えば、特
公昭５５−３０２０７号、特公昭５９−５２８２２号、
特開昭５３−１２７７２３号公報などに記載されてい
る。また、市販の感光性ポリイミド前駆体も利用でき
る。市販の感光性ポリイミド前駆体としては、“フォト
ニ−ス”ＵＲ−３１４０、ＵＲ−３１８０（いずれも東
レ（株）製）、“パイメル”Ｇ−６２４６Ａ，ＴＬ（い
ずれも旭化成（株）製、“パイラリン”ＰＤ−２７２
０、ＰＤ−２７４０（いずれもデュポン（株）製）、
“フォトパル”ＰＬ−３０００（日立化成（株）製）が
好ましく用いられる。

【０００９】次に、本発明の多層配線構成体の製造方法
の一例について説明する。

【００１０】電源と接地層を含む多層アルミナ・セラミ
ック基板上に第１層の配線を形成する。配線はセラミッ
ク基板上に銅をスパッタリングで0.3 μｍ形成し、電解
メッキでさらに10μｍ形成後、クロムをスパッタリング
で0.1 μｍ形成し、フォトエッチングすることにより、
所望の配線パタ−ンを得る。

【００１１】この基板上に第１層のポリイミド系絶縁膜
を形成する。通常、上部配線との開口（接続孔）を設け
るため、該ポリイミド系絶縁膜をパタ−ン加工する。パ
タ−ン加工はいくつかの方法で行うことができる。感光
性を有するポリイミド前駆体を用いる場合は、塗布、乾
燥後、感光性ポリイミド前駆体の膜上にマスクを置き、
紫外線を照射する。ついで、現像を行う。現像後、熱処
理することによりポリイミド系絶縁膜を得る。感光性を
有しないポリイミド前駆体を用いる場合は、塗布、乾
燥、熱処理後、金属薄膜や酸化珪素などをマスクにし
て、酸素プラズマでポリイミドをエッチングしパターン
を形成できる。乾燥は、７０〜１６０℃の範囲で行なう
のが好ましい。熱処理は窒素雰囲気中で、室温から４５
０℃の温度を選び、段階的に昇温するかある温度範囲を
選び連続的に昇温しながら５分〜５時間実施する。この
熱処理の最高温度は、１２０〜４５０℃、好ましくは、
１３０〜４５０℃で行うのがよい。例えば、１３０℃、
２００℃、４００℃で各々３０分熱処理する。また、室
温から４００℃まで２時間かけて直線的に昇温してもよ
い。

【００１２】上部配線との開口（接続孔）部は接触抵抗
を下げるため、過硫酸アンモニウム水溶液で表面をエッ
チングするかプラズマ処理するのが望ましい。

【００１３】次に、このようにして得た配線基板上に第
２層の配線を形成する。配線は第１層の配線と同様に、
基板上に銅をスパッタリングで0.3 μｍ形成し、電解メ
ッキでさらに10μｍ形成後、クロムをスパッタリングで
0.1 μｍ形成し、フォトエッチングすることにより、２
層配線構成体が得られる。さらにその上に第２層のポリ
イミド系絶縁膜が第１層のポリイミド系絶縁膜の端面、
すなわち周面部を図１に示す如く完全に覆うように形成
した後、第３層の配線パタ−ンを同様に形成すると３層
配線構成体が得られる。以下同様にｎ回繰り返すことに
よりｎ層配線構成体が得られる。

【００１４】図１は本発明の多層配線構成体の１例を示
すもので、４層の絶縁膜を使用してなるものである。図
において、１は基板、１２、２２，３２、４２はそれぞ
れポリイミド系絶縁膜、３は金属配線、４は上部配線と
開口（接続孔）部で、基板上に形成された絶縁膜１２は
絶縁膜２２によりその上面および周面が完全に覆われる
ように形成されており、また絶縁膜２２は絶縁膜３２に
よりその上面および周面が完全に覆われるように形成さ
れており、さらに絶縁膜３２はその上層の絶縁膜４２に
よりその上面および周面が完全に覆われるように形成さ
れている。

【００１５】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されない。

【００１６】実施例１ 99.5％アルミナ・セラミック基板（100 ×100 ×2mm
厚）上に銅をスパッタリングで0.3 μｍ形成し、電解メ
ッキでさらに10μｍ形成後、クロムをスパッタリングで
0.1 μｍ形成し、フォトエッチングすることにより、配
線パタ−ンを作成した。この基板上に感光性ポリイミド
前駆体“フォトニ−ス”ＵＲ−３１８０、（東レ（株）
製）、を塗布、８０℃で１２０分窒素雰囲気中で乾燥
し、膜厚40μｍの感光性ポリイミド前駆体皮膜を形成し
た。キャノン（株）製紫外線露光機ＰＬＡ−５０１Ｆを
用い、マスクを介して６００ｍＪ／ｃｍ² 露光した。現
像液ＤＶ−６０５（東レ（株）製）中に超音波を印加し
ながら浸漬現像し、２−プロパノ−ルでリンス、窒素ブ
ロ−して乾燥した。この様にして、配線パタ−ンに対応
する開口（ビアホ−ル）を感光性ポリイミド前駆体皮膜
に形成した。次に、１３０℃、２００℃、４００℃で各
々３０分窒素雰囲気中で熱処理し、膜厚20μｍのポリイ
ミド系絶縁膜を形成した。

【００１７】次に、このようにして得た配線基板上に第
２層の配線を形成する。配線は第１層の配線と同様に、
基板上に銅をスパッタリングで0.3 μｍ形成し、電解メ
ッキでさらに10μｍ形成後、クロムをスパッタリングで
0.1 μｍ形成し、フォトエッチングすることにより、２
層配線構成体を得た。さらにその上に“フォトニ−ス”
ＵＲ−３１８０を用い、第２層のポリイミド系絶縁膜が
第１層のポリイミド系絶縁膜の端面を図１の如く覆うよ
うに膜厚20μｍのポリイミド系絶縁膜を形成した。さら
に、第３層の配線パタ−ンを形成し、第３層のポリイミ
ド系絶縁膜が第２層のポリイミド系絶縁膜の端面を同様
に逐次覆うように膜厚20μｍのポリイミド系絶縁膜を形
成した。以下同様にこの工程を７回繰り返すことにより
７層配線構成体を得た。基板と第１層のポリイミド膜と
の界面あるいはポリイミド−ポリイミド界面、とくに端
部での剥離は生じ無かった。この方法によれば多層配線
構成体を形成中、常にポリイミド膜が露出している部分
が無い、つまりポリイミド膜の端部はその都度新しいポ
リイミド膜で逐次覆われているので、配線形成工程の多
数回繰り返しに起因する劣化を効果的に防止することが
できる。

【００１８】比較例１ 図２の如く配線構成体を第ｎ−１層のポリイミド系絶縁
膜と第ｎ層のポリイミド系絶縁膜の端面をそろえるよう
にした他は実施例１と同様の工程により、７層配線構成
体形成したところ、基板と第１層のポリイミド膜との界
面の大部分に剥離が生じた。

【００１９】比較例２ 図３の如く配線構成体を第ｎ−１層のポリイミド系絶縁
膜と第ｎ層のポリイミド系絶縁膜を階段状に逐次積層
し、実施例１と同様の工程により、７層配線構成体形成
したところ、基板と第１層のポリイミド膜との界面、と
くに端部の一部に剥離が生じた。

【００２０】実施例２ 99.5％アルミナ・セラミック基板（100 ×100 ×2mm
厚）上に銅をスパッタリングで0.3 μｍ形成し、電解メ
ッキでさらに10μｍ形成後、クロムをスパッタリングで
0.1 μｍ形成し、フォトエッチングすることにより、配
線パタ−ンを作成した。接着性改良剤として、３−アミ
ノプロピルトリエトキシシランの0.1 ％メタノ−ル／水
＝９５／５（重量比）からなる溶液をこの基板上に塗布
した。

【００２１】３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカ
ルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミンとを等モ
ル、溶媒Ｎ−メチル−２−ピロリドン中で１５％の濃度
で６０℃、４時間反応させて得られるポリイミド前駆体
のワニス（Ａ）をこの基板上に塗布し、１３０℃、２０
０℃、４００℃で各々３０分窒素雰囲気中で熱処理し、
膜厚が20μｍの第１層のポリイミド絶縁膜を形成した。

【００２２】次に、ポリイミド絶縁膜の表面を0.2 μｍ
酸素プラズマでエッチングした後、アルミニウムをスパ
ッタリングで0.3 μｍ形成した。アルミニウムをフォト
エッチングすることにより、上部配線との開口（接続
孔）を設けるためのパタ−ンをポリイミド絶縁膜上に形
成した。アルミニウムをマスクにして、酸素プラズマで
膜厚が20μｍのポリイミド絶縁膜をエッチングした後、
アルミニウムのマスクをエッチングし除去した。次に、
このようにして得た配線基板上に第２層の配線を形成す
る。配線は第１層の配線と同様に、基板上に銅をスパッ
タリングで0.3 μｍ形成し、電解メッキでさらに10μｍ
形成後、クロムをスパッタリングで0.1 μｍ形成し、フ
ォトエッチングすることにより、２層配線構成体を得
た。さらにその上に接着性改良剤溶液をこの基板上に塗
布した。更に、ポリイミド前駆体のワニス（Ａ）を用
い、第１層のポリイミド絶縁膜を形成した時と同様に第
２層のポリイミド絶縁膜が第１層のポリイミド絶縁膜の
端面を図１の如く覆うようにアルミニウムをマスクと
し、膜厚20μｍのポリイミド絶縁膜を形成した。さら
に、第３層の配線パタ−ンを形成し、第３層のポリイミ
ド絶縁膜が第２層のポリイミド絶縁膜の端面を図１の如
く逐次覆うように膜厚20μｍのポリイミド絶縁膜を形成
した。以下同様にこの工程を７回繰り返すことにより７
層配線構成体を得た。基板と第１層のポリイミド膜との
界面あるいはポリイミド−ポリイミド界面、とくに端部
での剥離は全く生じ無かった。

【００２３】比較例３ 図２の如く配線構成体を第ｎ−１層のポリイミド絶縁膜
と第ｎ層のポリイミド絶縁膜の端面をそろえるように実
施例２と同様の工程により、７層配線構成体形成したと
ころ、ポリイミド−ポリイミド界面、とくに端部の一部
および基板と第１層のポリイミド膜との界面の大部分に
剥離が生じた。

【００２４】比較例４ 図３の如く配線構成体を第ｎ−１層のポリイミド系絶縁
膜と第ｎ層のポリイミド系絶縁膜を階段状に逐次積層
し、実施例−１と同様の工程により、７層配線構成体形
成したところ、ポリイミド−ポリイミド界面および基板
と第１層のポリイミド膜との界面、とくに端部の一部に
剥離が生じた。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、基板上に形成した第１
層金属配線と該第１層金属配線を覆う第１層のポリイミ
ド系絶縁膜と、該第１層のポリイミド系絶縁膜に形成さ
れた開口を介して前記第１層の金属配線に接続された第
２層の金属配線とを最小構成単位として具備した多層配
線構成体において、該第ｎ層のポリイミド系絶縁膜が第
ｎ−１層のポリイミド系絶縁膜の端面を逐次覆うように
形成したことにより、ポリイミド膜の端部ないし周面は
その都度新しいポリイミド膜で確実に逐次覆われるの
で、熱処理工程や、配線形成工程を多数回繰り返すこと
によるポリイミド膜の劣化を確実に防止でき、剥離など
のない信頼性が高い多層配線構成体を安定して製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層配線構成体の構造を説明するため
の概略断面図である。

【図２】従来技術による多層配線構成体の構造を説明す
るための概略断面図である。

【図３】比較技術による多層配線構成体の構造を説明す
るための概略断面図である。

【符号の説明】

１：基板 ２，１２，２２，３２，４２：ポリイミド系絶縁膜 ３：金属配線 ４：上部配線との開口（接続孔）部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に形成した第１層金属配線と該第１
   層金属配線を覆う第１層のポリイミド系絶縁膜と、該第
   １層のポリイミド系絶縁膜に形成された開口を介して前
   記第１層の金属配線に接続された第２層の金属配線とを
   最小構成単位として具備した多層配線構成体において、
   該第ｎ層のポリイミド系絶縁膜が第ｎ−１層のポリイミ
   ド系絶縁膜の端面を逐次覆うように形成されてなること
   を特徴とする多層配線構成体。