JPH06244172A - 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、金属配線と該金属配線の上に形成されるポリ
イミド系絶縁膜との間にヘキサメチルジシラザン被膜を
設けたことを特徴とする多層配線構成体に関する。 【効果】本発明によると、配線導体の腐食もなく、銅、
ニッケルなどの金属とポリイミド系絶縁膜の反応を防止
できるので、ポリイミドの耐熱性が向上し、かつ作業上
の安全性も確保できる、信頼性が高い多層配線構成体を
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、金属配線に
銅を用いた銅−ポリイミド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」１４５〜１５８
頁、１９８４年８月２７日号）。ところが、配線金属と
して銅やニッケルなどの金属を使用するとポリイミドの
耐熱性が低下するという問題があった（例えば斎木他、
昭和５０年電子通信学会全国大会予稿集、３７８、３８
０頁，三浦他、電子情報通信学会論文誌Ｃ、vol.J71-C
No.11 1510〜1515頁、１９８８年１１月）。そこで、銅
についてはポリイミド層と銅の界面にクロムの薄膜を設
ける方法が一般的に採用されている。またポリイミド層
と銅の界面にクロメート処理被膜を設ける方法（特開平
４−３９９９０号公報）などが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の方法は異種金属間で局部的に発生する電池効果に
より配線導体が腐食する、金属配線とポリイミド系絶縁
膜との界面での反応のためにポリイミドの耐熱性が低下
する、作業上安全性に問題がある、などの欠点があっ
た。

【０００４】本発明は、従来技術の諸欠点に鑑み創案さ
れたものであって、配線導体の腐食、および金属配線と
ポリイミド系絶縁膜の反応を防ぐことによりポリイミド
の耐熱性を向上させ、かつ作業上の安全性を確保でき
る、信頼性が高い多層配線構成体を提供することを目的
とするものである。

【０００５】

【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、金属配線
と該金属配線の上に形成されるポリイミド系絶縁膜との
間にヘキサメチルジシラザン被膜を設けたことを特徴と
する多層配線構成体により達成され、金属配線が銅配線
である場合には、特に顕著な効果が得られる。

【０００６】本発明の多層配線構成体においては、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
として具備する。この最小構成単位が２層配線構成体で
ある。すなわち、３層配線構成体とは、第２層の金属配
線の上に、第２層のポリイミド系絶縁膜および第３層の
金属配線がこの順に形成されたものであり、さらに多層
の配線構成体は、同様の繰り返し構造をさらに有するも
のである。

【０００７】本発明における基板としては、シリコン、
アルミニウム、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。

【０００８】本発明における金属配線としては、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用いられる。
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。

【０００９】本発明は、金属配線と該金属配線の上に形
成されるポリイミド系絶縁膜との間にヘキサメチルジシ
ラザン被膜を設けることを特徴とする。ここで、ヘキサ
メチルジシラザン被膜とは、ヘキサメチルジシラザンか
ら主としてなる被膜のことをいう。

【００１０】ヘキサメチルジシラザンは、式（１）で表
される化合物である。

【００１１】 （ＣＨ₃ ）₃ Ｓｉ−ＮＨ−Ｓｉ（ＣＨ₃ ）₃ （１） 本発明におけるヘキサメチルジシラザン被膜中のヘキサ
メチルジシラザンは、完全な構造のヘキサメチルジシラ
ザンに限定されるものではなく、ポリイミド系絶縁膜を
加熱キュアするときなどに、ヘキサメチルジシラザン構
造の一部が加熱分解された構造の化合物であってもよ
い。

【００１２】また、被膜中に、ヘキサメチルジシラザン
以外の物質を、本発明の効果を損なわない範囲で含んで
いても構わない。具体的には、テトラエトキシシラン、
メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラ
ン、水酸化ケイ素、メタノール、エタノール、イソプロ
パノール、水などがあげられる。

【００１３】ヘキサメチルジシラザン被膜の形成方法と
しては、特に限定されないが、スピンコーティングやデ
ィプコーティングなどのコーティング方法を挙げること
ができる。コーティングに際しては、ヘキサメチルジシ
ラザンの原液を用いるのが好ましいが、溶媒で希釈した
ものを用いることも可能である。溶媒としては、メタノ
ール、エタノール、イソプロパノールなどが用いられ
る。

【００１４】ヘキサメチルジシラザン被膜の膜厚として
は、特に限定されないが、０．００５〜１μｍが好まし
く、さらに好ましくは０．０１〜０．１μｍである。

【００１５】なお、本発明の効果をさらに高めるため
に、金属配線と該金属配線の下に形成されるポリイミド
系絶縁膜との間にも、同様にヘキサメチルジシラザン被
膜を設けることが好ましい。

【００１６】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℃
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´−ジフェニルエーテルテトラ
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´−ジフェニルエーテルテト
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。

【００１７】ポリイミド系絶縁膜は、上部の金属配線と
の接続を図るため、パターン加工が施され、開口が設け
られる。

【００１８】したがって、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。

【００１９】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。

【００２０】例えば、電源と接地層を含む多層アルミナ
・セラミックス基板上に第１層の金属配線を形成する。
金属配線は例えば、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、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。次にヘキサメチルジシラザン被膜をヘキサメチルジ
シラザン原液をスピンコーティングすることにより第１
層の金属配線上に形成する。

【００２１】次いで、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。

【００２２】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。

【００２３】上部配線との開口（接続孔）部のヘキサメ
チルジシラザン被膜は、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などの手法で除去す
るのが望ましい。

【００２４】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、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。

【００２５】以下同様に、第２層の配線パターン上にヘ
キサメチルジシラザン被膜をスピンコーティングにより
形成、さらにその上にポリイミド系絶縁膜を形成後、第
３層の配線パターンを形成すると３層配線構成体が得ら
れる。以下、これらの工程を必要回繰り返すことによっ
て、さらに多層の配線構成体が得られる。

【００２６】

【実施例】以下、実施例により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。

【００２７】実施例１、比較例１ ３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
二無水物（１モル）と４，４´−ジアミノジフェニルエ
ーテル（0.95モル）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（0.05モル）を、Ｎ−メチル
−２−ピロリドン溶媒中１５％の濃度で、５０℃、４時
間反応させ、ポリイミド前駆体（Ａ）を合成した。

【００２８】シリコン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5 μｍ形成後、基板
の半分にヘキサメチルジシラザン原液をスピンコーティ
ングすることにより膜厚約0.05μｍのヘキサメチルジシ
ラザン被膜を形成し、ヘキサメチルジシラザン被膜を形
成した部分（実施例１）と形成していない部分（比較例
１）を作成した。

【００２９】この基板上にポリイミド前駆体（Ａ）を塗
布、８０℃で６０分窒素雰囲気中で乾燥し、膜厚10μｍ
のポリイミド前駆体被膜を形成した。このポリイミド前
駆体被膜を形成した基板をＮ−メチル−２−ピロリドン
溶媒中に浸漬、ポリイミド前駆体被膜を溶解し、２−プ
ロパノールでリンス後、窒素ブローして乾燥した。つづ
いて基板を１０％過硫酸アンモニウム水溶液に１分浸し
た後、水洗し、乾燥した。

【００３０】その結果、ヘキサメチルジシラザン被膜を
形成した部分は、残膜がなく、１Ω以下の抵抗値であっ
たが、ヘキサメチルジシラザン被膜を形成していない部
分は溶媒に不溶な残膜があり、１０メガΩ以上大きな抵
抗値を示した。

【００３１】したがって、明らかに界面でポリイミド前
駆体と銅との反応が起こり、溶媒に不溶な反応物が生成
している。

【００３２】この結果より、ヘキサメチルジシラザン被
膜を銅上に形成することにより、界面でのポリイミド前
駆体と銅の反応を防止できることが分かる。

【００３３】実施例２、比較例２ ３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
二無水物（０．５モル）およびピロメリット酸二無水物
（０．５モル）と４，４´−ジアミノジフェニルエーテ
ル（１モル）を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶媒中１
６％の濃度で、６０℃、４時間反応させ、ポリイミド前
駆体（Ｂ）を合成した。

【００３４】シリコン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5 μｍ形成後、ヘキ
サメチルジシラザン原液をスピンコーティングすること
により膜厚約0.05μｍのヘキサメチルジシラザン被膜を
形成した基板（実施例２）と形成していない基板（比較
例２）を作成した。

【００３５】これらの基板上に、ポリイミド前駆体
（Ｂ）を塗布、１３０℃、２００℃、４００℃で各々３
０分窒素雰囲気中で熱処理し、膜厚10μｍのポリイミド
系絶縁膜を形成した。これらの基板からポリイミド系絶
縁膜および銅の一部を剥離し、１０％過硫酸アンモニウ
ム水溶液で銅をエッチング除去してポリイミド系絶縁膜
のみとし、水洗後、２００℃で３０分乾燥し、耐熱性測
定試料とした。

【００３６】なお、銅を形成してないシリコン基板上
（シリコン基板上ではポリイミドの耐熱性は低下しな
い）に膜厚10μｍのポリイミド系絶縁膜を形成し、基板
からポリイミド系絶縁膜を剥離した試料を参考例とし
た。

【００３７】ポリイミドの耐熱性の測定は島津製作所
（株）ＴＧＡ３０（熱天秤）を用い、サンプル量２０ｍ
ｇ，ヘリウム中、昇温速度１０℃／ｍｉｎで行い、５％
減量時の温度を調べ、耐熱性を表す温度とした。

【００３８】その結果、実施例２では５２５℃、比較例
２では４２０℃、参考例では５２５℃となり、ヘキサメ
チルジシラザン被膜を銅上に形成することにより、ポリ
イミドの耐熱性は低下しないことが分かった。

【００３９】実施例３、比較例３ シリコン基板上にニッケルをスパッタリングで0.5 μｍ
形成後、ヘキサメチルジシラザン原液をスピンコーティ
ングすることにより膜厚約0.05μｍのヘキサメチルジシ
ラザン被膜を形成した基板（実施例３）と形成していな
い基板（比較例３）を作成した。

【００４０】これらの基板上にポリイミド前駆体（Ｂ）
を塗布、１３０℃、２００℃、４００℃で各々３０分窒
素雰囲気中で熱処理し、膜厚10μｍのポリイミド系絶縁
膜を形成した。基板からポリイミド系絶縁膜を剥離し、
耐熱性測定試料とした。

【００４１】ポリイミドの耐熱性の測定を、実施例２と
同様にして行った。

【００４２】その結果、実施例３では５２５℃、比較例
３では４５０℃、参考例では５２５℃となり、ヘキサメ
チルジシラザン被膜をニッケル上に形成することによ
り、ポリイミドの耐熱性は低下しないことが分かった。

【００４３】実施例４、比較例４ 実施例１のポリイミド前駆体（Ａ）３４８ｇにジメチル
アミノエチルメタクリレート３１ｇ，ミヒラーズケトン
２．６ｇをＮ−メチル−２−ピロリドン３１ｇに溶解し
た溶液を添加混合して感光性ポリイミド前駆体（Ｃ）を
合成した。

【００４４】99.5％アルミナ・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、フォトエッチングすることにより、配線
パターンを作成した。基板の半分にヘキサメチルジシラ
ザン原液をスピンコーティングすることにより膜厚約0.
05μｍのヘキサメチルジシラザン被膜を形成し、ヘキサ
メチルジシラザン被膜を形成した部分（実施例４）と形
成していない部分（比較例４）を作成した。

【００４５】この基板上に感光性ポリイミド前駆体
（Ｃ）を塗布、８０℃で１２０分窒素雰囲気中で乾燥
し、膜厚20μｍ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３００ｍＪ／ｃｍ² 露光した。Ｎ
−メチル−２−ピロリドン７０重量部、メタノール３０
重量部からなる現像液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、金属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10μｍのポリイミド系絶縁膜を形成した。

【００４６】実施例４においては、ビアホール部のヘキ
サメチルジシラザン被膜を除去するため、１０％過硫酸
アンモニウム水溶液で１分間エッチングし、水洗後、乾
燥した。

【００４７】次に、銅をスパッタリングで0.3 μｍ、電
解メッキでさらに10μｍ形成後、フォトエッチングする
ことにより、第２層配線パターンを形成し、２層配線構
成体を得た。

【００４８】この２層配線構成体の第１層の金属配線と
第２層の金属配線の導通を調べたところ、ヘキサメチル
ジシラザン被膜を形成した部分は導通が良好であった
が、ヘキサメチルジシラザン被膜を形成していない部分
は導通が不良であった。

【００４９】この結果より、ヘキサメチルジシラザン被
膜を銅上に形成することにより、金属配線間の接続（導
通）信頼性が得られることが分かった。

【００５０】

【発明の効果】本発明によると、配線導体の腐食もな
く、銅、ニッケルなどの金属とポリイミド系絶縁膜の反
応を防止できるので、ポリイミドの耐熱性が向上し、か
つ作業上の安全性も確保できる、信頼性が高い多層配線
構成体を製造できる。

Claims (2)

【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、金属配線と該金属配線の上に形成されるポリイミド
   系絶縁膜との間にヘキサメチルジシラザン被膜を設けた
   ことを特徴とする多層配線構成体。
2. 【請求項２】金属配線が銅配線であることを特徴とする
   請求項１記載の多層配線構成体。