JPH06209165A - 多層配線構成体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明は、基板上に形成した第１層の金属配線
と該第１層の金属配線を覆う第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、第２ｎ層のポリイミド系絶縁膜が第（２ｎ−
１）層のポリイミド系絶縁膜の端面を覆うように形成さ
れ、かつ第２ｎ層のポリイミド系絶縁膜と第（２ｎ＋
２）層のポリイミド系絶縁膜の端面が外方側に下降した
階段状に形成されていることを特徴とする多層配線構成
体（ただしｎは正の整数）に関する。 【効果】本発明によると、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劣化、すなわち、基板と第
１層のポリイミド系絶縁膜との界面およびポリイミド系
絶縁膜同志の界面、特に端部で剥離が全く発生しない。
しかも、高次の層は基板と接触しないので、基板との接
着性に対する信頼性も高い高品質な多層配線構成体を安
定して製造することができる。

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 Chip
Used in the HITAC M-880 Processor Group、IEEE ,70
4,1991）。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は上部配線との開口（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。層間絶縁膜として用いられるポリイミド
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
リイミド系絶縁膜は配線層数に相当する回数の熱履歴を
受ける。４００℃前後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、ポリイミド系絶
縁膜が常に露出している部分（ポリイミド系絶縁膜の端
部）は、微量の酸素により劣化が促進される。そのた
め、基板と第１層のポリイミド系絶縁膜との界面あるい
はポリイミド系絶縁膜とポリイミド系絶縁膜との界面、
特に端部での剥離が生じ、信頼性に問題があった。この
問題は、例えば第（ｎ＋１）層のポリイミド系絶縁膜が
第ｎ層のポリイミド系絶縁膜の端面を逐次覆うように積
層することを考えれば、ある程度改善できる。しかしな
がら、積層が進むにつれ基板の汚染も進むため、単に逐
次覆うように積層しただけでは、高次の層のポリイミド
系絶縁膜の端部は汚染された基板と接することとなり、
基板との接着性が低下するという問題が生ずる。

【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あって、その目的
とするところは、基板と第１層のポリイミド系絶縁膜と
の界面およびポリイミド系絶縁膜同志の界面、特に端部
で発生する剥離を防止し、さらに基板と高次の層のポリ
イミド系絶縁膜との接着性の低下のみられない信頼性の
高い多層配線構成体を提供することにある。

【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層の金属配線と該第１層の金属配
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、第２ｎ層
のポリイミド系絶縁膜が第（２ｎ−１）層のポリイミド
系絶縁膜の端面を覆うように形成され、かつ第２ｎ層の
ポリイミド系絶縁膜と第（２ｎ＋２）層のポリイミド系
絶縁膜の端面が外方側に下降した階段状に形成されてい
ることを特徴とする多層配線構成体（ただしｎは正の整
数）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、窒化アルミニウム、アルミナセラミック
ス、ガラスセラミックス、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】これらの基板の上に第１層の金属配線が形
成される。本発明における金属配線としては、金、銅、
ニッケルおよび／または、銅合金、ニッケル合金が、単
独或いはアルミニウム、金、クロム、白金、銀など電気
伝導性の材料との複層で、所望の機能を果たすように、
パターン状または全面に形成された層などが挙げられ
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】第１層の金属配線が形成された基板の上
に、第１層のポリイミド系絶縁膜が形成される。本発明
におけるポリイミド系絶縁膜としては、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℃程度の範囲で熱処理
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ーテル、
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ーテル、
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ーテル、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ーテル、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ーテルおよび
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、直接パターン加工ができ、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号公報、特公昭５９−５２８２２
号公報、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
ォトニース”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−２
７２０、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）など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
ックスなどの基板上に第１層の金属配線を形成する。配
線は、例えば、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、所望の配線パターンを得ることができる。

【００１１】この第１層の金属配線を形成した基板上に
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
縁膜をパターン加工する。パターン加工はいくつかの方
法で行うことができる。

【００１２】感光性を有するポリイミド前駆体を用いる
場合は、一例として次の方法が挙げられる。すなわち、
ポリイミド前駆体を塗布、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ことができる。

【００１３】また、感光性を有しないポリイミド前駆体
を用いる場合は、例えば、ポリイミド前駆体を塗布、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。

【００１４】いずれの場合も、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４５０℃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
時間実施することができる。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。

【００１５】パターン加工の後、上部配線との開口（接
続孔）部は、接触抵抗を下げるために過硫酸アンモニウ
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。

【００１６】次に、このようにして得た配線基板上に第
２層の金属配線を形成する。配線は第１層の金属配線と
同様に、例えば、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。

【００１７】つづいて、２層配線構成体の上に、図１の
如く、第１層のポリイミド系絶縁膜の端面を覆うように
第２層のポリイミド系絶縁膜を形成する。その上に第３
層の金属配線パターンを形成すると３層配線構成体が得
られる。

【００１８】次に、３層配線構成体の上に、図１の如
く、第３層のポリイミド系絶縁膜をその端面が第２層の
ポリイミド系絶縁膜の端面よりも内側になるように形成
した後、第４層の金属配線パターンを形成すると４層配
線構成体が得られる。

【００１９】さらに、４層配線構成体の上に、図１の如
く、第４層のポリイミド系絶縁膜を第３層のポリイミド
系絶縁膜を覆い、かつその端面は第２層のポリイミド系
絶縁膜の端面と外方側に下降した階段状になるように形
成する。

【００２０】以下同様に繰り返すことにより、第２ｎ層
のポリイミド系絶縁膜が第（２ｎ−１）層のポリイミド
系絶縁膜の端面を覆うように形成され、かつ第２ｎ層の
ポリイミド系絶縁膜と第（２ｎ＋２）層のポリイミド系
絶縁膜の端面が外方側に下降した階段状に形成されてい
るさらに高次の多層配線構成体（ただしｎは正の整数）
が得られる。

【００２１】図１は本発明の多層配線構成体の概略断面
図の一例を示すもので、４層のポリイミド系絶縁膜から
なるものである。図１において、１は基板、２ａは第１
層のポリイミド系絶縁膜、２ｂは第２層のポリイミド系
絶縁膜、２ｃは第３層のポリイミド系絶縁膜、２ｄは第
４層のポリイミド系絶縁膜、３は金属配線、４は上部配
線との開口（接続孔）部で、基板上に形成された第１層
のポリイミド系絶縁膜２ａは第２層のポリイミド系絶縁
膜２ｂにより、第３層のポリイミド系絶縁膜２ｃは第４
層のポリイミド系絶縁膜２ｄにより、それぞれその上面
および周面が完全に覆われるように形成されており、か
つ第２層のポリイミド系絶縁膜２ｂの端面と第４層のポ
リイミド系絶縁膜２ｄの端面は外方側に下降した階段状
に形成されている。

【００２２】

【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。

【００２３】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、第
１層の金属配線パターンを作成した。この第１層の金属
配線を形成した基板上に感光性ポリイミド前駆体“フォ
トニース”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被膜を形成した。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−６
０５（東レ（株）製）中に超音波を印加しながら浸漬現
像し、２−プロパノールでリンス、窒素ブローして乾燥
した。このようにして、配線パターンに対応する開口
（ビアホール）を感光性ポリイミド前駆体被膜に形成し
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の第１層のポリイ
ミド系絶縁膜を形成した。

【００２４】次に、このようにして得た配線基板上に第
２層の金属配線を形成した。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。

【００２５】つづいて、２層配線構成体の上に“フォト
ニース”ＵＲ−３１８０（東レ（株）製）を用い、図１
の如く、第１層のポリイミド系絶縁膜の端面を覆うよう
に膜厚20μｍの第２層のポリイミド系絶縁膜を形成し
た。その上に、第３層の金属配線パターンを形成し、３
層配線構成体を得た。

【００２６】次に、３層配線構成体の上に、図１の如
く、膜厚20μｍの第３層のポリイミド系絶縁膜を、その
端面が第２層のポリイミド系絶縁膜の端面よりも内側に
なるように形成した。その上に第４層の金属配線パター
ンを形成し、４層配線構成体を得た。

【００２７】さらに、４層配線構成体の上に、図１の如
く、膜厚20μｍの第４層のポリイミド系絶縁膜を第３層
のポリイミド系絶縁膜の端面を覆い、かつその端面は第
２層ポリイミド系絶縁膜の端面と外方側に下降した階段
状になるように形成した。

【００２８】以下同様にこれらの工程をもう一度繰り返
すことにより８層配線構成体を得た。

【００２９】上記で得られた８層配線構成体において
は、基板と、第１層および第２層のポリイミド系絶縁膜
との界面およびポリイミド系絶縁膜同志の界面におい
て、もちろんそれらの端部においても、剥離は生じなか
った。

【００３０】比較例１ 図２の如く多層配線構成体を第ｎ層のポリイミド系絶縁
膜と第（ｎ＋１）層のポリイミド系絶縁膜の端面をそろ
えるように、実施例１と同様の工程により８層配線構成
体形成したところ、基板と第１層のポリイミド系絶縁膜
との界面の大部分に剥離が生じた。

【００３１】比較例２ 図３の如く多層配線構成体を第ｎ層のポリイミド系絶縁
膜と第（ｎ＋１）層のポリイミド系絶縁膜を、外方側に
下降した階段状になるように逐次積層し、実施例１と同
様の工程により８層配線構成体形成したところ、基板と
第１層のポリイミド系絶縁膜との界面、特に端部の一部
に剥離が生じた。

【００３２】比較例３ 図４の如く多層配線構成体を第（ｎ＋１）層のポリイミ
ド絶縁膜が第ｎ層のポリイミド絶縁膜の端面を逐次覆う
ように、実施例１と同様の工程により８層配線構成体形
成したところ、基板と第５〜８層のポリイミド系絶縁膜
との界面に剥離が生じた。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、図１の如く、第２ｎ層のポリ
イミド系絶縁膜が第（２ｎ−１）層のポリイミド系絶縁
膜の端面を覆うように形成され、かつ第２ｎ層のポリイ
ミド系絶縁膜と第（２ｎ＋２）層のポリイミド系絶縁膜
の端面が外方側に下降した階段状に形成されているの
で、ポリイミド系絶縁膜の端部は１回おきに新しいポリ
イミド系絶縁膜で逐次覆われていることになる。したが
って、熱処理工程や、配線形成工程を多数回繰り返すこ
とによる劣化、すなわち、基板と第１層のポリイミド系
絶縁膜との界面およびポリイミド系絶縁膜同志の界面、
特に端部で剥離が全く発生しない。しかも、高次の層は
基板と接触しないので、基板との接着性に対する信頼性
も高い高品質な多層配線構成体を安定して製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる多層配線構成体の概略断面図の
一例である。

【図２】従来技術による多層配線構成体の概略断面図で
ある。

【図３】比較技術による多層配線構成体の概略断面図で
ある。

【図４】比較技術による多層配線構成体の概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１：基板 ２：ポリイミド系絶縁膜 ２ａ：第１層のポリイミド系絶縁膜 ２ｂ：第２層のポリイミド系絶縁膜 ２ｃ：第３層のポリイミド系絶縁膜 ２ｄ：第４層の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層の金属配線と該第
   １層の金属配線を覆う第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、第２ｎ層のポリイミド系絶縁膜が第（２ｎ−１）層
   のポリイミド系絶縁膜の端面を覆うように形成され、か
   つ第２ｎ層のポリイミド系絶縁膜と第（２ｎ＋２）層の
   ポリイミド系絶縁膜の端面が外方側に下降した階段状に
   形成されていることを特徴とする多層配線構成体（ただ
   しｎは正の整数）。