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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022138469
(43)【公開日】2022-09-26
(54)【発明の名称】多層配線基板及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H05K 3/46 20060101AFI20220915BHJP
H05K 3/40 20060101ALI20220915BHJP
【ＦＩ】
H05K3/46 E
H05K3/40 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021038369
(22)【出願日】2021-03-10
(71)【出願人】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】凸版印刷株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(74)【代理人】
【識別番号】100116012
【弁理士】
【氏名又は名称】宮坂 徹
(72)【発明者】
【氏名】林 明宏
【テーマコード（参考）】
5E316
5E317
【Ｆターム（参考）】
5E316AA02
5E316AA15
5E316AA43
5E316BB02
5E316CC32
5E316CC52
5E316DD17
5E316DD25
5E316DD33
5E316FF15
5E316GG15
5E316GG17
5E316HH08
5E317AA11
5E317AA24
5E317BB12
5E317BB30
5E317CC31
5E317CC52
5E317CD01
5E317CD27
5E317GG20
(57)【要約】
【課題】高い絶縁信頼性を有する多層配線基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁樹脂層００１、００１′及び導体配線層００６が少なくとも１層以上形成された多層配線基板である。上記導体配線層００６は、下面、及び両側面にバリア金属膜００３が形成されている。
【選択図】図３
【解決手段】絶縁樹脂層００１、００１′及び導体配線層００６が少なくとも１層以上形成された多層配線基板である。上記導体配線層００６は、下面、及び両側面にバリア金属膜００３が形成されている。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁樹脂層及び導体配線層が少なくとも１層以上形成された多層配線基板であって、
上記導体配線層は、下面及び両側面にバリア金属膜が形成されていることを特徴とする多層配線基板。
上記導体配線層は、下面及び両側面にバリア金属膜が形成されていることを特徴とする多層配線基板。
【請求項2】
上記導体配線層からなる配線の配線幅は、上面の幅が下面の幅よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項3】
上記バリア金属膜は、銅よりもイオン化傾向の低い金属からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多層配線基板。
【請求項4】
上記バリア金属膜の膜厚は、２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の多層配線基板。
【請求項5】
絶縁樹脂層上にめっき銅による配線形成のためのレジストを形成する工程と、
上記レジスト及び絶縁樹脂上にバリア金属膜及びめっきシード層をこの順に形成する工程と、
めっきにより上記レジストの厚さ方向上端面位置よりも上方にまで銅を形成する工程と、
上記レジストの上端面が露出するように、上記レジスト上方の銅、シード層及びバリア金属膜を除去して導体配線層を形成する工程と、
上記レジストを除去する工程と、
を有する多層配線基板の製造方法。
上記レジスト及び絶縁樹脂上にバリア金属膜及びめっきシード層をこの順に形成する工程と、
めっきにより上記レジストの厚さ方向上端面位置よりも上方にまで銅を形成する工程と、
上記レジストの上端面が露出するように、上記レジスト上方の銅、シード層及びバリア金属膜を除去して導体配線層を形成する工程と、
上記レジストを除去する工程と、
を有する多層配線基板の製造方法。
【請求項6】
上記レジスト上方の銅、シード層及びバリア金属膜の除去は、ウェットエッチング、ドライエッチング、ＣＭＰ、及びこれらの組み合わせにより実行される、ことを特徴とする請求項５に記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項7】
上記導体配線層からなる配線の配線幅は、積層方向における、上面の幅が下面の幅よりも広いことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載した多層配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微細配線基板など、高い絶縁信頼性を有する多層配線基板に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子デバイスの小型化・高機能化に伴い、多層配線基板において配線のファインピッチ化対応が求められている。
配線のファインピッチ化が進むと、配線間のマイグレーションによる絶縁劣化が問題となる。
そこで、特許文献１のようにダマシン工法で配線を形成する場合に、バリア金属を形成しておく場合がある。
しかし、マイグレーションは、絶縁樹脂の絶縁耐性が高くても、配線（導体配線層）と、その上下に形成された絶縁樹脂層の樹脂界面で発生しやすい場合がある。その場合、特許文献１の工法では、樹脂界面が存在する配線などの導体上部にはバリア金属が形成されていないため、その樹脂界面と配線などの導体の接触部分からマイグレーションが進行しショート不良となることがある。
配線のファインピッチ化が進むと、配線間のマイグレーションによる絶縁劣化が問題となる。
そこで、特許文献１のようにダマシン工法で配線を形成する場合に、バリア金属を形成しておく場合がある。
しかし、マイグレーションは、絶縁樹脂の絶縁耐性が高くても、配線（導体配線層）と、その上下に形成された絶縁樹脂層の樹脂界面で発生しやすい場合がある。その場合、特許文献１の工法では、樹脂界面が存在する配線などの導体上部にはバリア金属が形成されていないため、その樹脂界面と配線などの導体の接触部分からマイグレーションが進行しショート不良となることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６０２８４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
高い絶縁信頼性を有する多層配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
課題解決のために、本発明の態様は、絶縁樹脂層及び導体配線層が少なくとも１層以上形成された多層配線基板であって、上記導体配線層は、下面、及び側面にバリア金属膜が形成されている。
ここで、下面とは、厚さ方向の一方の方向を向く面を指す。下面とは、例えば基板側を向く面（積層方向の下面）を指す。
また、本発明の態様の多層配線基板の製造方法は、絶縁樹脂層上にめっき銅による配線形成のためのレジストを形成する工程と、上記レジスト及び絶縁樹脂上にバリア金属膜及びめっきシード層をこの順に形成する工程と、めっきにより上記レジストの厚さ方向上端面位置よりも上方にまで銅を形成する工程と、上記レジストの上端面が露出するように、上記レジスト上方の銅、シード層及びバリア金属膜を除去して導体配線層を形成する工程と、上記レジストを除去する工程と、を有する。
ここで、下面とは、厚さ方向の一方の方向を向く面を指す。下面とは、例えば基板側を向く面（積層方向の下面）を指す。
また、本発明の態様の多層配線基板の製造方法は、絶縁樹脂層上にめっき銅による配線形成のためのレジストを形成する工程と、上記レジスト及び絶縁樹脂上にバリア金属膜及びめっきシード層をこの順に形成する工程と、めっきにより上記レジストの厚さ方向上端面位置よりも上方にまで銅を形成する工程と、上記レジストの上端面が露出するように、上記レジスト上方の銅、シード層及びバリア金属膜を除去して導体配線層を形成する工程と、上記レジストを除去する工程と、を有する。
【発明の効果】
【0006】
本発明の態様によれば、配線の下面と幅方向の両側面との樹脂界面にバリア金属膜が介挿されるため、高い絶縁信頼性を有する多層配線基板の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の第１実施形態の多層配線基板及び製造方法を示す説明図である。
【図2】本発明の第２実施形態の多層配線基板及び製造方法を示す説明図である。
【図3】本発明の実施形態における、多層配線基板の一部を示す断面拡大図である。
【図4】本発明の第２実施形態における、多層配線基板の一部を示す断面拡大図である。
【図5】本発明の実施形態における、多層配線基板の変形例を示す断面拡大図である。
【図6】従来のダマシン工法における多層配線基板の一部を示す断面拡大図である。
【図7】従来のセミアディティブ工法における多層配線基板の一部を示す断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
次に、本発明に基づく実施形態について図面を参照して説明する。
ここで、図面の寸法比率は、説明の都合上実際の比率と異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
（構成）
本実施形態の多層配線基板は、図１（ｈ）、図２（ｉ）、図３、及び図４に示すように、絶縁樹脂層及び導体配線層が少なくとも１層以上形成された多層配線基板である。図１（ｈ）、図２（ｉ）、図３、図４に示す多層配線基板の例では、絶縁樹脂層００１の上に導体配線層００６が形成され、更に、導体配線層００６を覆うようにして、絶縁樹脂層００１の上に絶縁樹脂層００１′が形成されている。
ここで、図面の寸法比率は、説明の都合上実際の比率と異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
（構成）
本実施形態の多層配線基板は、図１（ｈ）、図２（ｉ）、図３、及び図４に示すように、絶縁樹脂層及び導体配線層が少なくとも１層以上形成された多層配線基板である。図１（ｈ）、図２（ｉ）、図３、図４に示す多層配線基板の例では、絶縁樹脂層００１の上に導体配線層００６が形成され、更に、導体配線層００６を覆うようにして、絶縁樹脂層００１の上に絶縁樹脂層００１′が形成されている。
【0009】
導体配線層００６は、下面、及び両側面にバリア金属膜００３が形成されている。
導体配線層００６からなる配線の配線幅は、図４に示すように、上面の幅が下面の幅よりも広い構成でも良い。ことが好ましい。例えば、積層方向上方に向かうにつれて配線幅が広くなる構成が好ましい。
バリア金属膜００３は、例えば、銅よりもインオ化傾向の低い金属やチタンから構成される。
バリア金属膜００３の膜厚は、例えば、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
導体配線層００６を構成する材料は、例えば銅である。
以上のような、本実施形態の多層配線基板は、配線の下面と幅方向の両側面の、絶縁樹脂層００１，００１′との界面にバリア金属膜００３が介挿されるため、高い絶縁信頼性を有する多層配線基板の提供が可能となる。
導体配線層００６からなる配線の配線幅は、図４に示すように、上面の幅が下面の幅よりも広い構成でも良い。ことが好ましい。例えば、積層方向上方に向かうにつれて配線幅が広くなる構成が好ましい。
バリア金属膜００３は、例えば、銅よりもインオ化傾向の低い金属やチタンから構成される。
バリア金属膜００３の膜厚は、例えば、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
導体配線層００６を構成する材料は、例えば銅である。
以上のような、本実施形態の多層配線基板は、配線の下面と幅方向の両側面の、絶縁樹脂層００１，００１′との界面にバリア金属膜００３が介挿されるため、高い絶縁信頼性を有する多層配線基板の提供が可能となる。
【0010】
（製造方法）
本実施形態の多層配線基板の製造方法は、例えば、次のａ～ｅの工程を有する。
ａ：絶縁樹脂層上にめっき銅による配線形成のためのレジストを形成する工程
ｂ：レジスト及び絶縁樹脂上にバリア金属膜及びめっきシード層をこの順に形成する工程
ｃ：めっきにより上記レジストの厚さ方向上端面位置よりも上方にまで銅を形成する工程
ｄ：上記レジストの厚さ方向上端面が露出するように、レジスト上方に位置する、銅、シード層及びバリア金属膜を除去して導体配線層を形成する工程
ｅ：上記レジストを除去する工程
ここで、レジストの厚さ方向上端面よりも上方に位置する銅、シード層及びバリア金属膜の除去は、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、ＣＭＰ、及びこれらの組み合わせにより実行する。
本実施形態の多層配線基板の製造方法は、例えば、次のａ～ｅの工程を有する。
ａ：絶縁樹脂層上にめっき銅による配線形成のためのレジストを形成する工程
ｂ：レジスト及び絶縁樹脂上にバリア金属膜及びめっきシード層をこの順に形成する工程
ｃ：めっきにより上記レジストの厚さ方向上端面位置よりも上方にまで銅を形成する工程
ｄ：上記レジストの厚さ方向上端面が露出するように、レジスト上方に位置する、銅、シード層及びバリア金属膜を除去して導体配線層を形成する工程
ｅ：上記レジストを除去する工程
ここで、レジストの厚さ方向上端面よりも上方に位置する銅、シード層及びバリア金属膜の除去は、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、ＣＭＰ、及びこれらの組み合わせにより実行する。
【0011】
以下、本実施形態における多層配線基板の製造方法の例を、図面を参照して具体的に説明する。
＜第１実施形態＞
図１を参照しながら、第１実施形態の多層配線基板の製造方法を説明する。
まず、絶縁樹脂層００１上にレジスト００２を塗布し露光現像することで、そのレジスト００２に導体パターンに対応するレジストパターンを形成する（図１（ｂ）参照）。
ここで、レジスト００２に対し導体パターンに対応する開口部を形成する際に、開口部がテーパー形状になるように露光現像を行ってもよい（図４参照）。この場合、後述のバリア金属膜００３やめっきシード層００４の、開口部側面への形成が容易になる。
＜第１実施形態＞
図１を参照しながら、第１実施形態の多層配線基板の製造方法を説明する。
まず、絶縁樹脂層００１上にレジスト００２を塗布し露光現像することで、そのレジスト００２に導体パターンに対応するレジストパターンを形成する（図１（ｂ）参照）。
ここで、レジスト００２に対し導体パターンに対応する開口部を形成する際に、開口部がテーパー形状になるように露光現像を行ってもよい（図４参照）。この場合、後述のバリア金属膜００３やめっきシード層００４の、開口部側面への形成が容易になる。
【0012】
次に、レジスト００２及びその開口部の面に、スパッタリングによりバリア金属膜００３を形成する（図１（ｃ）参照）。上記バリア金属膜は薄すぎるとバリア効果が低くなり、厚すぎると配線が細くなることと除去が困難となることから、膜厚は２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。
上記バリア金属膜００３は、銅よりもイオン化傾向の小さい金属が好ましい。また、酸化等により不動態化して安定化するチタンのような金属も好ましい。
上記バリア金属膜００３は、銅よりもイオン化傾向の小さい金属が好ましい。また、酸化等により不動態化して安定化するチタンのような金属も好ましい。
【0013】
次に、バリア金属膜００３の上に、スパッタリングや無電解めっきにより、電解めっきシード層００４を形成する（図１（ｄ）参照）。
次に、電解めっきによりシード層００４上に電解めっき層からなる導体層００５を形成する（図１（ｅ）参照）。電解銅めっきには、例えばフィルドめっきを用いることでレジスト００２の開口を導体で埋めて、表面が平坦なめっき導体層００５を得ることができる。
なお導体パターンとは導体配線や端子部にあたるランドなどのほか、実際に電気回路としては機能しないが、反り防止、蓄熱対策、電磁波シールドなどのために配置するダミーパターンも含むものとする。
次に、電解めっきによりシード層００４上に電解めっき層からなる導体層００５を形成する（図１（ｅ）参照）。電解銅めっきには、例えばフィルドめっきを用いることでレジスト００２の開口を導体で埋めて、表面が平坦なめっき導体層００５を得ることができる。
なお導体パターンとは導体配線や端子部にあたるランドなどのほか、実際に電気回路としては機能しないが、反り防止、蓄熱対策、電磁波シールドなどのために配置するダミーパターンも含むものとする。
【0014】
次に、導体層００５及びシード層００４及びバリア金属膜００３を、レジスト００２が露出するまでＣＭＰなどにより平坦に除去する（図１（ｆ）参照）。
次に、レジスト００２を除去する（図１（ｇ）参照）。これによって導体配線層００６が形成される。導体配線層００６は、下面及び側面にバリア金属膜００３が形成（被膜）されている。
次に、導体配線層００６及び絶縁樹脂層００１の上に絶縁樹脂層００１’を形成する。
以上のような、上述のレジスト００２の形成から絶縁樹脂層００１’の形成までの工程と同様の手順を繰り返すことにより、多層配線基板を形成することができる。
次に、レジスト００２を除去する（図１（ｇ）参照）。これによって導体配線層００６が形成される。導体配線層００６は、下面及び側面にバリア金属膜００３が形成（被膜）されている。
次に、導体配線層００６及び絶縁樹脂層００１の上に絶縁樹脂層００１’を形成する。
以上のような、上述のレジスト００２の形成から絶縁樹脂層００１’の形成までの工程と同様の手順を繰り返すことにより、多層配線基板を形成することができる。
【0015】
＜第２実施形態＞
次に、図２を参照しながら、第２実施形態の多層配線基板の製造方法について説明する。
導体層００５の形成までの工程（図２（ａ）～（ｅ））は、第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
第２実施形態では、導体層００５の形成後に、ウェットエッチングにより電解めっき層００５及びシード層００４を配線上方のバリア金属膜００３が露出するまで除去する（図２（ｆ）（ｇ）参照）。このとき、配線側面のバリア金属膜００３はエッチングにより配線最上部よりも少し低くなる。電解めっき層００５及びシード層００４及びバリア金属膜００３をウェットエッチング又はドライエッチングにより除去するところが異なる。
レジスト００２除去以降の工程（図２（ｈ）、（ｉ）は、第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。
このように、第１および第２の実施形態にて形成した配線層００６は、図３～５のように、上下樹脂界面とバリア金属膜００３に覆われていない銅までの距離が離れているため、樹脂界面でのマイグレーションの発生が抑制される。
しかし、従来のダマシン工法（図６）やセミアディティブ工法（図７）でバリア金属膜を形成した場合は、樹脂界面とバリア金属膜が形成されていない銅までの距離が近いため、樹脂界面でのマイグレーションが発生しやすくなる。
次に、図２を参照しながら、第２実施形態の多層配線基板の製造方法について説明する。
導体層００５の形成までの工程（図２（ａ）～（ｅ））は、第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
第２実施形態では、導体層００５の形成後に、ウェットエッチングにより電解めっき層００５及びシード層００４を配線上方のバリア金属膜００３が露出するまで除去する（図２（ｆ）（ｇ）参照）。このとき、配線側面のバリア金属膜００３はエッチングにより配線最上部よりも少し低くなる。電解めっき層００５及びシード層００４及びバリア金属膜００３をウェットエッチング又はドライエッチングにより除去するところが異なる。
レジスト００２除去以降の工程（図２（ｈ）、（ｉ）は、第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。
このように、第１および第２の実施形態にて形成した配線層００６は、図３～５のように、上下樹脂界面とバリア金属膜００３に覆われていない銅までの距離が離れているため、樹脂界面でのマイグレーションの発生が抑制される。
しかし、従来のダマシン工法（図６）やセミアディティブ工法（図７）でバリア金属膜を形成した場合は、樹脂界面とバリア金属膜が形成されていない銅までの距離が近いため、樹脂界面でのマイグレーションが発生しやすくなる。
【実施例0016】
＜実施例１＞
実施例１では第１実施形態の多層配線基板を作製した例について説明する。
まず、熱酸化膜シリコンウエハー上に絶縁樹脂をスピンコートして厚さ７μｍ程度の絶縁樹脂層００１を形成した。その絶縁樹脂層００１上にフォトレジスト００２を厚さ３μｍ程度になるようスピンコートし、露光、現像により、配線となるレジストパターンを形成した。
次に、スパッタにより絶縁樹脂層００１及びレジスト００２上にチタンを厚さ１００ｎｍ程度形成し、その上にスパッタにより銅を厚さ２００ｎｍ形成した。
次に、電解めっきによりレジスト上に３μｍ程度になるまで銅を形成した。
次に、ＣＭＰにより５μｍ程度研磨することで、レジスト００２の上端面を露出させ、次に、レジスト００２を剥離して、導体配線層００６を形成した。
次に、絶縁樹脂層００１及び導体配線層００６上に絶縁樹脂をスピンコートして配線上の厚さが５μｍ程度になるように絶縁樹脂層００１’を形成した。
実施例１では第１実施形態の多層配線基板を作製した例について説明する。
まず、熱酸化膜シリコンウエハー上に絶縁樹脂をスピンコートして厚さ７μｍ程度の絶縁樹脂層００１を形成した。その絶縁樹脂層００１上にフォトレジスト００２を厚さ３μｍ程度になるようスピンコートし、露光、現像により、配線となるレジストパターンを形成した。
次に、スパッタにより絶縁樹脂層００１及びレジスト００２上にチタンを厚さ１００ｎｍ程度形成し、その上にスパッタにより銅を厚さ２００ｎｍ形成した。
次に、電解めっきによりレジスト上に３μｍ程度になるまで銅を形成した。
次に、ＣＭＰにより５μｍ程度研磨することで、レジスト００２の上端面を露出させ、次に、レジスト００２を剥離して、導体配線層００６を形成した。
次に、絶縁樹脂層００１及び導体配線層００６上に絶縁樹脂をスピンコートして配線上の厚さが５μｍ程度になるように絶縁樹脂層００１’を形成した。
【符号の説明】
【0017】
００１、００１’…絶縁樹脂層
００２…レジスト
００３…バリア金属膜
００４…シード層
００５…導体層（電解めっき層）
００６…導体配線層
００７…配線部
００８…ビア部
００９…パッド部
０１０…ビア開口
００２…レジスト
００３…バリア金属膜
００４…シード層
００５…導体層（電解めっき層）
００６…導体配線層
００７…配線部
００８…ビア部
００９…パッド部
０１０…ビア開口
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】