JPH07231151A

JPH07231151A - 配線基板

Info

Publication number: JPH07231151A
Application number: JP1931494A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Higuchi; 和人樋口; Hiroshi Yamada; 浩山田; Masayuki Saito; 雅之斉藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】低抵抗・微細配線を有し、信頼性に優れた配線
基板を提供する。【構成】銅及びニッケルの少なくとも一方を５０重量％
以上含む材料で構成された配線を有する配線基板であ
る。配線は、炭素及び硫黄の少なくとも一方の元素を含
有し、前記配線の深さ方向の前記元素の平均濃度は前記
配線の幅方向における濃度分布を示し、前記平均濃度の
幅方向における（最大値）／（最小値）比は１０以下で
あり、かつ前記元素濃度は、０．０００１ないし１．０
重量％の範囲内にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、異なる幅寸法を有し、
かつ微細に形成された配線パターンを有する配線基板に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路技術の発達により
電子機器の小形化、薄型化、高性能化が進められてお
り、これに伴って回路基板上に半導体チップを高密度に
実装することが必要とされている。

【０００３】従って、基板内の配線も近年高密度化の方
向にあり、種々の方法を用いた配線の微細化が進んでい
る。このような微細配線としては、従来、蒸着法、ある
いはスパッタ法を用いて金属薄膜を形成し、これをエッ
チングすることによって配線パターンを形成した薄膜配
線が用いられてきた。

【０００４】しかしながら、薄膜配線を微細に加工した
場合には配線断面積が減少し、これによって配線抵抗が
増加するために、高速な信号伝播を必要とする配線に適
用することができなかった。

【０００５】前記配線断面積の減少を抑えるためには、
配線の厚さを増加させればよいことは従来から知られて
いるが、蒸着法等を用いた場合には、膜厚を厚くするこ
とは成膜工程でのスループットの低下を招く。しかも、
微細なパターンを形成する際には、配線パターン形成の
ためのエッチング工程により配線側面のサイドエッチン
グが生じてしまう。エッチングの進行が等方的であるこ
とを考えると、膜厚が配線パターンの幅と同じ大きさに
なる場合には、レジストが膜より剥離してしまうので、
配線パターンの幅以上に膜厚を大きくすることは理論的
に困難であり、厚膜化に限界があった。

【０００６】この問題を解決するための方法として、配
線形成部以外の部位をレジストによって被覆して電気メ
ッキを行なうというパターンメッキ法を用いた微細配線
が、特公平２−４０２３３号に開示されている。パター
ンメッキ法においては、成膜速度は電流密度により決定
され、高い電流密度を用いることによって蒸着法又はス
パッタ法に比較して非常に速い速度で成膜を行なうこと
ができる。さらに、配線パターンを形成するためのエッ
チング工程においては、通電用に設けられた薄い下地電
極のみをエッチングすることによってパターンが得られ
るので、エッチング時間は極めて短くなる。したがっ
て、以上で問題となっていた配線側面のサイドエッチン
グによる問題を解決することができる。

【０００７】しかしながら、得られるメッキ膜厚さは、
下地基板の表面状態に強く依存する傾向を有しているた
めに、メッキ膜の表面粗さは基板の表面粗さよりも強調
される。このため、１つの配線パターンにおける膜厚分
布が大きくなってしまう。この場合には、メッキ膜の内
部応力が大きくなって配線が剥離したり、膜中にクラッ
ク等の欠陥が生じるといった問題が発生する。

【０００８】これらの問題は、被メッキ金属イオンと支
持電解質からなり、メッキ膜の表面粗さを小さくし、し
かも機械的性質を向上させるような有機物を添加したメ
ッキ液を用いることによって解決されるものの、基板全
体におけるパターンの形状及び膜厚の均一性に関して新
たな問題が生じた。即ち、配線形成部以外の部位をレジ
ストによって被覆し、電気メッキを行なうパターンメッ
キにおいては、図１０（ａ）に示すようにメッキ膜厚が
レジストパターンの側壁近傍で厚くなり、均一な膜厚が
得られない。さらに、レジストの開口部が微細な領域に
形成されたパターン３４ａは、レジストの開口部が大き
な領域に形成されたパターン３４ｂに比べてメッキ膜厚
が厚くなり、基板全体としての膜厚が不均一となる。

【０００９】さらに、従来の配線基板においては、大き
なパターンではメッキ膜の延性が大きく、微細なパター
ンでは延性が小さいという物性の不連続性が発生する。
物性の不連続な点は熱的衝撃に弱いので、配線基板を形
成する際、配線にクラックが発生し易くなり、配線全体
としての信頼性の低下を引き起こす。

【００１０】このような問題は、低抵抗で微細幅のメッ
キ配線と低誘電率のポリミド絶縁膜とを組み合わせた、
例えば、ＭＣＭ−Ｄと称されるような多層配線基板を形
成する場合に、特にその影響が大きい。即ち、基板全体
においてメッキ配線の膜厚が一定でない場合は、この配
線上に塗布された絶縁膜に形成されるコンタクトホール
の寸法を均一にすることが困難となり、多層配線の異な
る配線層間の配線を確実に電気的に接続することができ
ない。その結果、接続抵抗値がばらつくばかりでなく、
接続不良が生じていた。基板全体でのメッキ配線の膜厚
が一定でない基板上にポリイミド膜等の絶縁膜を形成す
る場合には、加熱・冷却工程によって基板が膨脹・収縮
し、幅の狭い配線と幅の広い配線との接点において前述
のようなクラックが発生し易くなる。

【００１１】異なる配線層間の配線を電気的に安定に接
続するための方法としては、特公平２−４０２３３号に
開示されているような方法が挙げられる。この方法は、
以下の工程によって行なわれる。まず、メッキ配線上の
上層配線形成予定領域にパターンメッキによってスタッ
ドを形成し、その上にポリイミド絶縁膜を形成する。次
に、ポリイミド絶縁膜が形成された基板の表面を研磨す
ることによってスタッド上面を露出させた後、上層配線
を形成する。この方法によれば、多層配線の異なる配線
層間の配線を安定に電気的に接続することが可能になる
が、工程数の増加、及び歩留まりの低下を招くととも
に、コスト高になる。

【００１２】なお、上述のような工程で製造された多層
配線における異なる配線層間の配線を電気的に接続する
金属部分の表面は、その表面粗さが０．０１μｍ未満で
あり、非常に平滑化されている。このように表面を平滑
化することは、前記接続部分が１００μｍ平方程度の比
較的面積の大きな場合に行なわれてきたものである。し
かしながら、現在では配線の微細化が進められており、
３０μｍ平方程度の小さな面積の接続部分も存在する。
このように面積の小さな接続部分の表面を平滑化した場
合には、接続抵抗が増加してしまう。さらに、接続部の
表面が平滑化されていることに起因して、温度サイクル
が印加された場合に起きる横方向に働く応力に弱く、接
続個所の信頼性に問題があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、高速の
信号伝播及び高密度の実装を可能とする高性能の配線基
板を実現するためには、低抵抗で微細な幅寸法を有する
配線を得ることが重要であるにもかかわらず、微細な幅
寸法を有する配線の形成に有効な電気メッキ法を用いて
も、有機添加物の有無によって、メッキ膜の表面粗さ、
延性及び膜厚の均一性等に関して問題を有していた。

【００１４】また、低抵抗で微細な幅寸法の配線と低誘
電率の絶縁膜とを組み合わせた、例えば、絶縁膜として
ポリイミド膜を用いたような多層配線基板を製造する際
には、工程数を増加せずに、電気的特性及び信頼性を確
保することができなかった。

【００１５】そこで、本発明は、基板全体にわたって均
一な膜厚と優れた信頼性とを有する低抵抗、かつ微細な
配線基板を提供することを目的とする。また、本発明
は、高密度で電気的特性、並びに信頼性に優れた配線基
板を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１の発明は、銅及びニッケルの少なくとも一方を
５０重量％以上含む材料から構成された配線基板であ
り、前記配線は、炭素及び硫黄の少なくとも一方の元素
を含有し、前記配線の深さ方向の前記元素の平均濃度
は、前記配線の幅方向における濃度分布を示しており、
前記平均濃度の幅方向における（最大値）／（最小値）
は１０以下であり、かつ前記元素濃度は、０．０００１
ないし１重量％の範囲内にあることを特徴とする配線基
板を提供する。

【００１７】また、第２の発明は、銅及びニッケルの少
なくとも一方を５０重量％以上含む材料から構成された
配線と、前記配線の上に形成され、異なる配線間を電気
的に接続する金属スタッドとを有する配線基板であり、
前記配線及び金属スタッドの表面粗さが±０．０１ない
し１０μｍであることを特徴とする配線基板を提供す
る。

【００１８】第１の発明に係る配線基板において、深さ
方向での炭素の平均濃度は、好ましくは０．１〜１．０
重量％であり、硫黄の平均濃度は、好ましくは０．０１
〜０．１重量％である、また、炭素と硫黄とが同時に存
在する場合にも、この範囲内の濃度で存在することが好
ましい。

【００１９】なお、配線パターン中でのこのような元素
の分布状態は、炭素及び／又は硫黄が存在している他の
配線についても適用することができる。第１の発明に係
る配線基板は、次のような工程によって製造することが
できる。すなわち、まず、無電解メッキ法、スパッタリ
ング法、又は蒸着法等により基板上に薄膜導電層を形成
する。次に、スピンコート法等を用いて、目的とする配
線の膜厚以上の厚さでレジストを前記薄膜導電層上に塗
布し、このレジストを露光・現像することによってレジ
ストパターンを形成する。続いて、１０〜１０００ｐｐ
ｍのポリエーテル化合物と、１０〜５００ｐｐｍの有機
硫黄化合物とが添加されたメッキ液を用い、前記薄膜導
電層を陰極として電気メッキを行なう。以上の工程によ
り、第１の発明に係る配線基板が得られる。

【００２０】ポリエーテル化合物としては、ポリエチレ
ングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアクリ
ルアミド等を使用することができ、有機硫黄化合物とし
ては、チオキサンテート−ｓ−プロパンスルホン酸、ジ
チオカルバメート−ｓ−プロパンスルホン酸、チオ尿素
等を使用することができる。

【００２１】ポリエーテル化合物の添加量は、好ましく
は５０〜５００ｐｐｍであり、有機硫黄化合物の添加量
は、好ましくは３０〜１００ｐｐｍである。また、メッ
キ処理の際には、基板表面近傍のメッキ液が乱流となる
ようにメッキ液を攪拌することが好ましい。攪拌方法と
しては、空気吹き出し、循環ポンプ等を使用することが
できる。

【００２２】第２の発明に係る配線基板において、配線
及び金属スタッドの表面粗さは、好ましくは±０．０１
〜±１．０μｍであり、より好ましくは±０．１〜±
１．０μｍである。

【００２３】第２の発明に係る配線基板は、次のような
工程により製造することができる。すなわち、まず、無
電解メッキ法、スパッタリング法、又は蒸着法等により
基板上に薄膜導電層を形成する。次に、スピンコート法
等を用いて、目的とする配線の膜厚以上の厚さで前記薄
膜導電層上にレジストを塗布し、このレジストを露光・
現像することによりレジストパターンを形成する。続い
て、１０〜１０００ｐｐｍのポリエーテル化合物と、１
０〜５００ｐｐｍの有機硫黄化合物とが添加されたメッ
キ液を用い、前記薄膜導電層を陰極として電気メッキ処
理を行なうことによって配線パターンを形成する。この
配線パターンが形成された基板上にポリイミド前駆体等
を塗布し、露光・現像することによってコンタクトホー
ルを形成した後、熱処理を施してポリイミド等からなる
平坦化用絶縁膜を得る。その後、前記コンタクトホール
上に薄膜導電層を介して配線材料と同様の材料からなる
スタッドを形成し、さらに、前記平坦化用絶縁膜と同様
の工程によって層間絶縁膜を形成する。以上のような一
例の工程において、配線及びスタッドを形成する際に、
配線金属の材料に応じて、次のような条件でメッキ処理
を施すことによって、第２の発明に係る配線基板を製造
することができる。

【００２４】配線金属に銅又は銅を主体とする合金を用
いる場合は、メッキ液に１〜７０ｐｐｍの塩素イオンを
添加する、電流密度を１．５Ａ／ｄｍ² 以下とする、又
はメッキ液の温度を３０℃以上５０℃以下とする。塩素
イオン濃度は、好ましくは１〜５０ｐｐｍであり、電流
密度は、好ましくは１Ａ／ｄｍ² 以下である。また、メ
ッキ液の温度は、３０℃以上４０℃以下とすることが好
ましい。

【００２５】配線金属としてニッケル又はニッケルを主
体とする合金を用いる場合には、メッキ液に０〜５０ｇ
／リットルのサッカリンを添加すること、又はメッキ液
の温度を６０℃以上８０℃以下とすることによって、本
発明の範囲内の表面粗さを達成することができる。この
場合、サッカリン濃度は、０〜２０ｇ／リットルが好ま
しく、メッキ液の温度は、６０℃以上７０℃以下とする
ことが好ましい。

【００２６】なお、第２の発明の配線基板における絶縁
層の材質はポリイミドに限定されず、ベンゾシクロブテ
ン等の、低誘電率であって形成時に１００℃以上の熱処
理を要する材料を使用することができる。

【００２７】

【作用】本発明者らは、メッキ膜の膜厚及び機械的性質
がメッキ膜中の炭素及び硫黄の濃度に対応して変化する
ものであり、これらの元素濃度をパターンの幅方向にお
いて均一とすることにより、配線パターンの寸法に依存
せずに、均一な膜厚及び機械的性質が得られることを見
出だした。本発明は、このような知見の下になされたも
のである。

【００２８】すなわち、従来の配線基板においては、図
１０（ａ）に示したように、配線パターン３４ａ及び３
４ｂでは、いずれも配線の側面近傍で膜厚が厚くなって
いる。このような１つのパターンでの膜厚の分布は、図
１０（ｂ）に示すようにメッキ膜中の炭素及び硫黄の濃
度に対応して変化している。図１０（ｂ）中、曲線ｇ及
び曲線ｈは、それぞれ炭素及び硫黄についての、深さ方
向での平均濃度分布を表わしている。

【００２９】配線パターン中に存在する炭素及び硫黄
は、パターンメッキ法でのメッキ液に添加される有機物
に起因するものである。本発明においては、有機物とし
て、特にポリエーテル化合物と、有機硫黄化合物とのメ
ッキ液中での濃度に着目して、これらの濃度を適切な範
囲内に規定することによって、炭素及び／又は硫黄の濃
度を配線パターン中で均一とすることを可能にした。

【００３０】なお、ポリエーテル化合物は、被メッキ物
表面に吸着してメッキ膜の析出を抑制する性質を有し、
一方、有機硫黄化合物は、上記性質に加えて被メッキ物
表面に吸着し、結晶成長の核の生成を促進させる性質を
有している。このため、有機硫黄化合物を添加すること
によって、結晶粒の成長よりも核生成が支配的になり、
メッキ膜を構成する結晶粒が微細化され、結果としてメ
ッキ膜の延性が小さくなる。

【００３１】また、従来問題となっていたパターン側壁
近傍でメッキ膜厚が厚くなる現象は、パターン側壁近傍
で液攪拌が低下することによって、炭素及び硫黄濃度が
この部分で低下することに起因することを本発明者らは
発見した。

【００３２】メッキ液を攪拌した場合、凹凸のある表面
に対しては、凹部は、凸部に比べ攪拌が低下するため
に、凸部には炭素のような有機物が優先的に付着する。
凹凸のある基板上にメッキを行なった場合のメッキ膜中
に含まれる炭素等の有機物の濃度分布は、凸部で高く、
凹部では低くなることが知られている（Ｗａｔｓｏｎａ
ｎｄＥｄｗａｒｄｓ，Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｓｔｉｔｕｔ
ｅｏｆＭｅｔａｌＦｉｎ．，３４，ｐ１６７（１９
５７））。しかしながら、配線形成部以外の部位をレジ
ストによって被覆し、電気メッキを行なうパターンメッ
キによって形成されたメッキ膜中の炭素及び硫黄の濃度
及びその濃度分布状態についてはこれまで知られていな
かった。

【００３３】パターン側壁近傍で攪拌が低下することに
よって、この部分でのメッキ膜厚は厚くなり、延性が増
加する。特に微細なレジストパターンでは、パターン内
部全体でメッキ液の攪拌が極端に低下するため、図１０
（ａ）に示したように、大きなパターンに比べてメッキ
膜厚が厚くなり、基板全体として膜厚が不均一になる。
そして、微細なパターンでは、大きなパターンに比べて
メッキ膜の延性が増加し、機械的性質が不連続な点が生
じる。このような点は、熱的衝撃に弱いのでクラックが
発生しやすく、配線の信頼性低下の原因となる。また、
各配線パターンの幅方向での炭素及び硫黄の濃度の分布
状態は、側壁近傍での炭素及び／硫黄濃度の低下が大き
いことがわかる。図１０（ｂ）に示すように、これらの
元素濃度の（最大値）／（最小値）の比は、１０² 以上
である。

【００３４】そこで、本発明では、メッキ液中に添加さ
れる有機物の濃度を規定することによって、炭素及び／
又は硫黄の濃度をメッキ膜中に均一とし、これによっ
て、従来生じていたメッキレジスト側壁近傍での液攪拌
低下による前記元素の濃度低下を軽減し、機械的性質の
低下を少なくすることを可能にした。特に、液攪拌の低
下が大きい３０μｍ以下のメッキレジスト開口部に対し
て、本発明は有効であり、液攪拌が十分に行なわれる３
０μｍを越えるメッキレジスト開口部と同等な膜厚、及
び機械的性質を付与することができる。

【００３５】また、本発明では、メッキ膜の表面粗さを
決定する因子である、メッキ液に添加される物質の種類
・濃度、電流密度又はメッキ液温度のうちの少なくとも
１つを規定しているので、メッキ膜の表面粗さを±０．
０１〜１０μｍとすることができる。このような粗さを
有するメッキ膜の表面積は、表面粗さが±０．０１μｍ
未満の場合に比較して増加する。したがって、コンタク
トホールに露出した金属部分の寸法を増大させずに、多
層配線の異なる配線層間の配線を電気的に接続する金属
部分の接触面積を増加させることができ、その結果、接
続抵抗を低下させることができる。また、接続部分の表
面に凹凸が存在しているので、横方向に働く応力に対し
て強くなり、信頼性を向上させることもできる。

【００３６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。（実施例１）図１は、第１の発明に係る配線基板の一実
施例のパターンの幅方向での断面と、この断面における
炭素及び硫黄の深さ方向での平均濃度の分布とを示す図
である。

【００３７】図１（ａ）に示すように、本発明の配線基
板１は、シリコン基板２の上に、チタン膜３及び銅膜４
が順次形成され、さらにこの上に配線パターン６が形成
されている。配線パターン６は、その幅寸法が３０μｍ
以下のもの６ａと、３０μｍを越える寸法の６ｂとが形
成されている。図１（ａ）から、配線パターンの幅寸法
に関わらず膜厚は一定であり、また、レジストパターン
（図示せず）の側壁近傍で膜厚が厚くなることもないこ
とがわかる。

【００３８】図１（ｂ）及び図１（ｃ）には、この断面
における炭素濃度、及び硫黄濃度の分布をそれぞれ示
し、図１（ｄ）には、炭素と硫黄とが同時に存在する場
合の分布を示す。

【００３９】図１（ｂ）〜図１（ｄ）に示すように、本
発明の配線基板においては、配線の幅方向の深さ方向で
の元素濃度の平均値は、０．０００１〜１．０重量％の
範囲内にあり、かつこの濃度の（最大値）／（最小値）
は、１０以下であって、側壁近傍での濃度の低下が小さ
いことがわかる。

【００４０】次に図面を参照して、本発明の配線基板の
製造方法を説明する。図２に、本発明の配線基板の製造
工程を示す。まず、図２（ａ）に示すように、表面粗さ
が±０．１μｍ以下のシリコン基板２の表面に、スパッ
タリング法によりチタン膜３、及び銅膜４を連続的に積
層する。なお、これら２つの金属膜の膜厚は、合計で１
μｍ程度となるようにする。ここで、銅膜は、メッキ陰
極として作用するものであり、チタンは銅膜と基板との
密着性を高める接着層として作用する。したがって、チ
タン膜の膜厚は薄くてよく、０．１μｍ程度で十分であ
る。

【００４１】銅とシリコンとの密着性は低いが、チタン
膜を接着層として形成することにより、銅膜の剥離を防
止することができる。しかしながら、チタンは表面が酸
化され易いので、真空を破ることなく連続的に上層であ
る銅膜を形成することが好ましい。このようにしてチタ
ン膜と銅膜とを形成することによって、自然酸化膜の介
在を防止でき、密着性が高く低抵抗のメッキ陰極膜が得
られる。

【００４２】次に、基板２の表面に、例えば、ＡＺ−４
９０３と称されるヘキストジャパン社製の厚膜レジスト
をスピンコート法により塗布して、膜厚２０μｍのメッ
キレジスト層を形成し、９０℃でプリベーキングを行な
う。この後、露光・現像により幅１５〜１００μｍの所
定の寸法の配線パターンを開口し、図２（ｂ）に示すよ
うなレジストパターン５を得る。

【００４３】このようにしてレジストパターン５が形成
された基板２を、電気メッキ装置に設置してメッキ処理
を施し、配線パターンを形成する。図３に、電気メッキ
装置の一例を示す。図３に示すように、電気メッキ装置
２０は、メッキ槽２１中にメッキ液２２が収容されてお
り、この中に、陽極２３と、陰極が設置されている。な
お２４は定電流源を表わす。

【００４４】メッキを行なうに当たっては、電気メッキ
装置の陰極に、基板上に形成された銅膜４を接続し、陽
極２３としては、リン含有量（０．０３〜０．０８重量
％）の高純度銅板を使用する。処理条件は、液温２５
℃、電流密度１〜５Ａ／ｄｍ²とし、空気吹き出し又は
循環ポンプによりメッキ液を攪拌しながらメッキ処理を
施すことにより、図２（ｃ）に示すような膜厚１５μｍ
程度の銅メッキ膜６が得られる。

【００４５】なお、メッキ液２２としては、下記の組成
の溶液を使用することができる。硫酸銅５水和物７５ｇ／リットル硫酸（比重１．８４）１００ｍｌ／リットル塩酸０．１５ｍｌ／リットルポリエチレングリコール（分子量約４００，０００）８０ｐｐｍチオキサンテート−ｓ−プロパンスルホン酸４０ｐｐｍポリエチレンイミン（分子量約６００）と塩化ベンジリル又はプロパンスルトンとの反応生成物４ｐｐｍ又は硫酸銅５水和物７５ｇ／リットル硫酸（比重１．８４）１００ｍｌ／リットル塩酸０．１５ｍｌ／リットルポリプロピレングリコール（分子量７００）４０ｐｐｍジチオカルバメート−ｓ−プロパンスルホン酸４０ｐｐｍポリエチレンイミン（分子量約１，８００）と臭化アリル又はジメチル硫酸との反応生成物１．２ｐｐｍ銅メッキ膜６を形成した後、アセトンを用いてレジスト
パターン５を除去し、さらに図２（ｄ）に示すように、
ニッケルメッキ膜７を形成する。ニッケルメッキ膜７
は、図５に示したものと同様の電気メッキ装置２０を用
い、銅メッキ膜６が形成された基板上の銅膜４を電気メ
ッキ装置の陰極に接続し、高純度電解ニッケル板を陽極
２３として使用して形成することができる。処理条件
は、液温５５℃、電流密度１〜２Ａ／ｄｍ² とし、空気
吹き出し又は循環ポンプによりメッキ液を攪拌しながら
メッキ処理を施すことにより、膜厚０．５μｍ程度のニ
ッケルメッキ膜７が得られる。

【００４６】なお、メッキ液２２としては、以下の組成
の溶液を使用することができる。硫酸ニッケル６水和物３００ｇ／リットル塩化ニッケル６水和物６０ｇ／リットルホウ酸５０ｇ／リットルサッカリン５００〜５０００ｐｐｍホルマリン１０００〜２０００ｐｐｍ得られたニッケルメッキ膜７は、銅メッキによる配線の
酸化防止膜として作用する。

【００４７】さらに、配線パターンが形成された基板２
の表面に、厚膜レジストＡＺ−４９０３をスピンコート
法により塗布して膜厚２０μｍのメッキレジスト層を形
成し、９０℃でプリベーキングを行なう。この後、露光
・現像によりパターニングし、図２（ｅ）に示すよう
に、ニッケルメッキ膜７が表面に形成された配線パター
ン６を、レジスト８により被覆する。なお、レジスト８
の幅が配線幅よりも２μｍ程度大きくなるように、変換
誤差も考慮したパターン寸法を有するガラスマスクを用
いて露光を行なうことが好ましい。

【００４８】次いで、レジスト８により被覆された部分
を除いて、ニッケルメッキ膜７、銅膜４及びチタン膜３
をエッチング除去する。なお、各膜の除去に用いられる
エッチャントとしては、それぞれ次に示す混合溶液を用
いることができる。

【００４９】ニッケルメッキ膜７・・・メタノール、塩
酸、及び硫酸銅を含む混合溶液銅膜４・・・過硫酸アンモニウム、硫酸、及びエタノー
ルを含む混合溶液チタン膜３・・・ＥＤＴＡ、アンモニア、及び過酸化水
素水を含む混合溶液最後に、アセトンを用いてレジストパターン８を除去す
ることによって、図２（ｆ）に示す配線基板が得られ
る。この基板の配線の幅方向についての断面を走査型電
子顕微鏡により観察したところ、図１（ａ）に示すよう
に基板全体で均一な膜厚が得られ、かつパターンの側壁
近傍で膜厚が厚くなることもなかった。さらに、炭素及
び／硫黄濃度の分布をオージェ電子分光法により測定し
たところ、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すような結果が得ら
れた。即ち、本実施例においては、電気メッキ法により
配線を形成する際、メッキ液に添加されるポリエーテル
化合物、及び有機硫黄化合物の濃度を所定の範囲内に規
定しているので、メッキ膜中に炭素及び／又は硫黄の濃
度を均一とすることができる。したがって、配線の幅寸
法に依存せず、配線の膜厚を一定にでき、配線の機械的
性質を均一にできるため、膜厚分布が小さく、熱衝撃に
強い信頼性の高い配線を得ることができる。

【００５０】なお、本実施例では、配線の金属材料とし
て、銅を用いた例について説明したが、ニッケル、銅又
はニッケルを主体とした合金を用いてもよい。また、耐
蝕性に優れた金属を選択した場合は、ニッケルメッキ膜
７を形成する工程と、このニッケルメッキ膜をエッチン
グ除去する工程とを省略することができる。

【００５１】（実施例２）図４に、第２の発明に係る配
線基板の一例を示す。図４に示すように、配線基板１３
は、シリコン基板２の上に形成された、銅からなる配線
パターン６及びポリイミドからなる平坦化用絶縁膜１０
を含む配線層、その上に形成されたスタッド１１及び層
間絶縁膜１２を含む層を有し、最上層には、配線パター
ンが形成されている。なお、スタッド１１及び層間絶縁
膜１２は、それぞれ配線パターン６及び平坦化用絶縁膜
１０と同様の材料で構成されている。また、配線パター
ン６及びスタッド１１の下方には、実施例１と同様にチ
タン膜３及び銅膜４が形成されており、パターン及びス
タッドの表面には、ニッケルメッキ膜７が形成されてい
る。

【００５２】次に図面を参照して、配線基板１３の製造
方法を簡単に説明する。図５に、製造方法を表わす工程
図を示す。まず、実施例１と同様の工程により、シリコ
ン基板２上にチタン膜３及び銅膜４を順次形成した後、
銅メッキ膜６及びニッケルメッキ膜７を形成して、図２
（ｆ）に示すような構造を得る。続いて、この基板２上
に、例えば、フォトニースＵＲ−３１４と称されている
東レ社製の感光性ポリイミド前駆体を塗布し、１１０℃
でプリベークを行なった後、露光・現像し、図５（ａ）
に示すように１辺１０μｍ程度のコンタクトホール９を
形成する。さらに、４００℃で３０分程度の熱処理によ
るイミド化を行なって平坦化用絶縁膜１０を形成する。

【００５３】ここでポリイミド前駆体は、熱処理後の膜
厚が配線６の膜厚と同程度となるように塗布時の膜厚を
設定する。また、後に行なわれる導電膜形成時にコンタ
クトホール９での導電膜の段切れを防ぐため、コンタク
トホール９の底面とポリイミド膜側壁との角度が１１０
°以上となるように露光・現像条件を制御することが好
ましい。

【００５４】このようにしてポリイミド膜によって平坦
化された基板２に形成されたコンタクトホール９上に、
図５（ｂ）に示すように一辺２０μｍ、高さ１５μｍ程
度のスタッド１１を形成する。なお、スタッドは、配線
材料と同じ金属を用い実施例１と同様な工程により得ら
れる。ただし、本実施例において銅メッキ膜６及びスタ
ッド１１を形成する際には、電流密度を１Ａ／ｄｍ² と
してメッキ処理を施しす。さらに、前記平坦化用絶縁膜
９の形成工程と同様にして、ポリイミド膜による層間絶
縁膜１２を形成する。

【００５５】配線層の形成からこの工程までを２回繰り
返した後、最上層に実施例１と同様な工程を用いて配線
パターンを形成することによって、図４に示した配線基
板１３が得られる。

【００５６】なお、必要に応じて、配線層の形成から層
間絶縁膜の形成までの工程を繰り返し、所望の層数を有
する多層配線基板を得ることができる。本実施例の配線
基板での銅メッキ膜６とスタッド１１との接続部分の断
面拡大図を図６に示す。前述の電流密度によりメッキ処
理を施したので、図６に示すように銅メッキ膜６の表面
が粗く形成されている。なお、触針式段差計により表面
粗さを測定した結果、±０．１μｍ程度であった。この
ように、銅メッキ膜の表面が粗く形成されているので、
このメッキ膜の上に形成されるチタン膜３、銅膜４も平
滑化されない。その結果、銅メッキ膜６と、前記チタン
膜及び銅膜を介してこの銅メッキ膜上に形成されるスタ
ッド１１との接触面積を増加させることができる。同様
に、スタッド１１の表面も±０．１μｍ程度の表面粗さ
を有しているので、さらにこの上に形成される銅メッキ
膜との接触面積を増加させることが可能となる。

【００５７】このように、コンタクトホールに露出した
金属部分の寸法を大きくすることなく、多層配線の異な
る配線層間の配線を電気的に接続する金属部分の接触面
積を増加させることができる。このため、接続抵抗を低
下することができ、横方向に働く応力に対し接続が強固
になって、高密度・低抵抗で信頼性に優れた層間接続が
可能となる。

【００５８】さらに、本実施例の配線基板１３において
も、メッキ液にポリエーテル化合物と、有機硫黄化合物
とを所定の量で添加しているので、配線パターンの幅方
向における炭素及び／又は硫黄の分布状態は、実施例１
の場合と同様である。即ち、配線の幅方向における炭素
及び／硫黄の深さ方向の平均濃度は、図１（ｂ）〜
（ｄ）に示すように０．０００１〜１．０重量％の範囲
内にあり、これらの元素濃度の（最大値）／（最小値）
比は１０以下であるため、基板全体にわたって均一な膜
厚で配線を形成することができる。

【００５９】図７には、１５μｍの厚さで配線を形成し
た際の、配線幅と配線の厚さとの関係を示す。曲線ｃ
は、本実施例で得られた配線基板についての結果であ
り、曲線ｄは、従来の方法で得られた配線基板について
の結果である。なお、従来の配線基板を製造する際のメ
ッキ液には、５ｐｐｍのポリエーテル化合物及び５ｐｐ
ｍの有機硫黄化合物を添加した。図７に示すように、本
発明の配線基板における配線６の膜厚のばらつきは、３
％以下に制御されている。特に３０μｍ以下の配線幅に
おいても、配線の厚さが増加しないのは注目すべきこと
である。これに対して、従来の配線基板における膜厚
は、３０μｍ付近を境にしてこれ以下では厚く、一方こ
れを越えると薄くなっており、そのばらつきは１５％程
度である。

【００６０】このように、本発明の配線基板において
は、基板全体における配線の膜厚の均一性が大幅に向上
したことがわかる。また、膜厚の均一性がこのように向
上した結果、ポリイミド絶縁膜を用いて配線を多層化す
る際には、配線の幅にかかわらず、均一な寸法のコンタ
クトホールをポリイミド膜に形成することが可能となっ
た。

【００６１】図８には、一辺が１０μｍ程度のコンタク
トホールが形成された配線基板の接続抵抗値の分布状態
を示す。図８（ａ）は、本発明の配線基板の場合を示
し、図８（ｂ）は、従来の配線基板について測定したも
のである。図８から、本発明の配線基板では、接続抵抗
値の分布は狭く均一となっており、従来の配線基板の接
続抵抗値は分布が広く不均一であることがわかる。

【００６２】このことは、基板全体での配線の膜厚分布
が小さいことに起因して、コンタクトホールを形成する
際での露光時のガラスマスクとポリイミド膜との間のギ
ャップが基板全体で均一になり、現像時のばらつきが抑
えられたことによるものである。したがって、コンタク
トホールの場所による寸法に違いが少なくなり、一辺１
０μｍ程度の小さなホールを形成することが可能となっ
た。

【００６３】さらに、ポリイミド絶縁膜を形成するため
の熱処理工程において加熱・冷却によって基板２は膨脹
・収縮するが、銅メッキ膜６は、その寸法によらず均質
で延性が大きいためクラックの発生は抑えられている。
したがって、信頼性に優れた配線基板を得ることができ
る。

【００６４】なお、このように膜厚が厚く幅の狭い配線
と、低誘電率の絶縁膜とを組み合わせた多層配線は、厚
さ３μｍ、幅３０μｍの薄膜銅配線を用いた場合と比較
して、配線抵抗が６０％減少し、配線密度が約４０％向
上しており、厚膜配線が可能となったことがわかる。

【００６５】図９には、熱衝撃サイクル数と、配線抵抗
の増加率との関係を示す。この関係は、ＪＩＳＣ−５
０１２にしたがった熱衝撃試験を行なった結果であり、
曲線ｅ及び曲線ｆは、それぞれ本発明の配線基板１３、
及び従来の配線基板の結果を示す。なお、従来の配線基
板は、メッキ膜における炭素及び／又は硫黄の（最大濃
度）／（最小濃度）比が１０を越えたものである。図９
から本発明の配線基板では、不良に至るまでの寿命が従
来の配線基板より約５０％も延びており、信頼性が向上
したことがわかる。

【００６６】また、本実施例の配線基板と従来の配線基
板とについて、多層配線の異なる配線層間の接続部分の
接続抵抗と、この部分での剪断強度を測定したところ、
本発明の配線基板の接続抵抗は、約２０％減少し、この
部分の剪断強度は約３０％増加していた。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
メッキ膜中の炭素及び／又は硫黄の濃度がパターンの幅
方向で小さいため、配線の幅寸法に依存せずに、配線の
膜厚を基板全体で均一にすることができる。したがっ
て、配線の機械的性質を均質にでき、３０μｍ以下の幅
の狭い配線を含んでいても基板全体としての膜厚分布が
小さく、熱衝撃に強い信頼性の高い配線を得ることが可
能となる。

【００６８】なお、本発明で限定したメッキ膜中におけ
るこのような元素の分布状態は、ここに示した配線金属
によらず、炭素及び／又は硫黄が存在している他の配線
についても適用することができる。

【００６９】また、このような微細配線を含む配線層上
にポリイミド膜による低誘電率な絶縁層を形成した場合
には、配線の膜厚分布が小さいため、均一な寸法のコン
タクトホールを容易に形成でき、ポリイミド絶縁膜形成
時の加熱・冷却工程で配線が破壊されることもない。こ
のため、工程を増加せずに非常に容易な方法によって、
高密度・低誘電率で信頼性に優れた多層配線を得ること
ができる。

【００７０】さらに、メッキ膜の表面粗さを±０．０１
〜１０μｍ程度とすることによって、多層配線の異なる
配線層間の配線を電気的に接続する金属部分の接触面積
をコンタクトホールに露出した金属部分の寸法を大きく
することなく増加させることができる。このため、接続
抵抗を低下することができ、横方向に働く応力に対し接
続が強固になって、高密度・低抵抗で信頼性に優れた層
間接続が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板の断面、及び炭素及び／又は
硫黄の濃度分布を示す図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る配線基板の製造方
法を示す工程図。

【図３】本発明の配線基板の製造工程に用いられるメッ
キ装置を示す図。

【図４】本発明の第２の実施例に係る配線基板の断面を
示す図。

【図５】本発明の第２の実施例に係る配線基板の製造方
法を示す工程図。

【図６】本発明の第２に実施例に係る配線基板における
層間接続部を示す断面図。

【図７】配線パターンの幅と配線の厚さとの関係を示す
図。

【図８】接続抵抗値の分布状態を示す図。

【図９】熱衝撃サイクル数と配線抵抗の増加率との関係
を示す図。

【図１０】従来の配線基板の断面及び炭素の濃度分布を
示す図。

【符号の説明】

１…配線基板，２…シリコン基板，３…チタン膜，４…
銅膜５…レジストパターン，６…銅メッキ膜，７…ニッケル
メッキ膜８…レジストパターン，９…コンタクトホール，１０…
平坦化用絶縁膜１１…スタッド，１２…層間絶縁膜，１３…多層配線基
板２０…電気メッキ装置，２１…メッキ槽，２２…メッキ
液，２３…陽極２４…定電流源，３０…配線基板，３１…シリコン基
板，３２…チタン膜３３…銅膜，３４…銅メッキ膜，３５…ニッケルメッキ
膜。

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【手続補正書】

【提出日】平成６年２月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｋ 1/02 Ｊ 3/46 Ｎ 6921−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅及びニッケルの少なくとも一方を５０
重量％以上含む材料から構成された配線基板であり、前
記配線は、炭素及び硫黄の少なくとも一方の元素を含有
し、前記配線の深さ方向の前記元素の平均濃度は、前記
配線の幅方向における濃度分布を示しており、前記平均
濃度の幅方向における（最大値）／（最小値）は１０以
下であり、かつ前記元素濃度は、０．０００１ないし１
重量％の範囲内にあることを特徴とする配線基板。
【請求項２】銅及びニッケルの少なくとも一方を５０
重量％以上含む材料から構成された配線と、前記配線の
上に形成され、異なる配線間を電気的に接続する金属ス
タッドとを有する配線基板であり、前記配線及び金属ス
タッドの表面粗さが±０．０１ないし１０μｍであるこ
とを特徴とする配線基板。
【請求項３】前記配線は、幅寸法の異なる２以上の配
線パターンを有し、かつ前記配線パターンには３０μｍ
以下の幅を有するものが含まれる、請求項１又は２に記
載の配線基板。