JPH07226589A - 薄膜多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、薄膜多層配線基板の製造方法に関
し、その目的は、上下の配線層を接続するビアを微細ピ
ッチで形成し、高密度な配線基板を歩留良く形成する方
法を提供することにある。 【構成】下層配線の上に塗布した厚い絶縁膜にテーパ付
のビアを形成し、更にそのうえの薄い絶縁膜には径の小
さな垂直ビアを形成して上層配線と接続することによ
り、ビアのアスペクト比を小さく保って小さな面積で上
下の配線層が接続できる構造。 【効果】上記のビア構造を用いることにより、ビアの形
成歩留を高く維持しながら厚い絶縁膜に小さなピッチで
ビアを形成できる。従って、高い配線密度を有する薄膜
多層配線基板の製造が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子回路基板の構造に
係り、特に高密度な薄膜多層配線基板を実現するための
配線形成プロセスに関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜配線を用いて高密度な多層配線を実
現するためには、各層の線幅とスペースを出来るだけ小
さくして配線密度を上げることと、上下の層間を接続す
るビアの形成面積を小さくしてビア間隔を狭くすること
が重要である。薄膜のビアを形成する方法に関しては、
従来、図１と図２に示した二通りの方式が代表的であ
る。

【０００３】図１に示したプロセスは、基板１１上に配
線金属１２をスパッタ等の方法で形成し、レジスト塗
布、ホトリソ、エッチング工程により配線パターン１３
を形成する。しかる後に絶縁層１４を形成してビアを形
成する部分のみを穴明けする。

【０００４】穴明けの方法としてはドライエッチングや
レーザアブレーションが用いられて穴の側壁はほぼ垂直
の形状が得られる。次に、このビア穴１５に無電解めっ
きを用いて金属導体で穴埋めし、ビア部１６を形成す
る。更に、その上部に配線金属膜を形成して、ホトリソ
工程により上層配線１７を形成する。この方法により上
下二層の配線層が形成可能である。

【０００５】一方、図２に示すプロセスは、基板２１上
に配線金属２２を形成し、レジスト塗布、ホトリソ、エ
ッチング工程により配線パターン２３を形成する。しか
る後に絶縁層２３を形成してビアを形成する部分のみを
穴明けする。この時、ビア穴２５の形状は次工程での成
膜時に配線金属の付き廻り性を良くするため、テーパ状
に形成するのが本プロセスの特徴であり、穴明けには感
光性樹脂を用いる場合が多い。次にスパッタ等の方法で
ビアの厚さに相当する金属導体膜を全面に形成し、余剰
部分の金属を研磨により除去する。これによりビア部２
６が形成される。更に、その上面に配線金属膜を形成し
て、ホトリソ工程により上層配線２７を形成する。この
方法により上下二層の配線層が形成可能である。

【０００６】以上の二通りの方法により形成されたビア
寸法は、下層配線とのコンタクト抵抗を小さくするため
に、底部面積を一定値確保する前提で試算すると、穴の
テーパ角、絶縁層の膜厚の関数となり、垂直ビアに比べ
てテーパ付ビアはビア上部で２〜４倍の寸法が必要とさ
れる。この状況を検討したものがプロシーディングオブ
１９８９ インターナショナル エレクトロニック
パッケージング シンポジュウムの第２４８頁から第２
７０頁（Ｐｒｏｃ． １９８９ Ｉｎｔ．Ｅｒｅｃｔｒ
ｏｎ． Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｓｙｍｐ． ｐｐ２４８
−２７０）において論じられており、上下の配線層を接
続するビアはテーパ角が小さい方が高密度配線に適して
いると述べられている。

【０００７】上記の例でも述べられている通り、図２の
プロセスではビアの上径が絶縁層厚さの増加に従って大
きくなり、ある範囲を超えると上層配線を形成した場合
に配線間スペースを十分取れなくなり、ショート不良の
発生する危険が生じる。

【０００８】一方、図１に示した垂直ビアの場合にも、
穴径に対する膜厚の比であるアスペクト比が大きくなる
と垂直ビアの穴をドライエッチ等で形成することが難し
くなるため、ビアを形成出来る絶縁層の厚さには限界が
ある。即ち、めっきによる金属導体の穴埋めが困難にな
る等の問題がある。

【０００９】一方、特開平１−２４１８９６号公報では
絶縁層の厚さが増加することによるビアの接続信頼性低
下を防止する方法として、ビア位置の下層配線下側に台
座を形成する方法を提案している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べた従来技術
では絶縁層が厚くなるとビア径を大きくして、アスペク
ト比の小さなビアを形成しなければならず、このために
小径ビアの形成が困難となり、高密度配線基板を得るこ
とが困難であった。

【００１１】そこで、本発明の目的は厚い絶縁膜の配線
基板に対しても微小な間隔でビアが形成出来き、接続信
頼性の低下がない薄膜多層配線基板の製造方法を提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的は図１で示し
た垂直ビアの形成方法と図２で示したテーパ付ビアの形
成方法を複合してビアを形成することにより達成でき
る。

【００１３】即ち、テーパ付ビアはビア上部の面積が大
きくなって、二層目の配線を行った場合に配線間でショ
ートすることが問題であった。そこで、テーパ付ビアを
形成した後に更に一層の絶縁膜を形成して、この絶縁膜
に垂直ビアの形成を行う製造プロセスを考案した。

【００１４】

【作用】このようなビア構造を用いると、上層配線は径
の小さな垂直ビアで接続されているために配線間のスペ
ースがビア径によって狭められることはなく、また、垂
直ビアを必要とする二層目の絶縁層は一層目の絶縁層厚
さとの和で所望の厚さを確保すれば良いために膜厚を薄
くすることが出来る。このために小さな径の垂直ビアで
上層配線との接続が可能である。一方、テーパ付ビアは
二層目の絶縁層で上層配線とは絶縁されるのでビア径上
部の寸法が増加しても配線間スペースが減少してショー
トの原因となることはない。このためにテーパ付ビアが
形成出来る膜厚の範囲が大幅に増加でき、しかも、開口
面積が大きく取れるのでビアの未成長不良が防止出来る
効果もある。

【００１５】以上、述べたようにテーパ付ビアにより厚
い絶縁膜にアスペクト比を高めることなくビアを形成
し、上層配線とはアスペクト比の小さな小径垂直ビアを
用いて接続するために高密度に上下の配線層を接続でき
るビア構造が実現できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図３により説明す
る。図３はビアホール間に１本の配線を通し、ビアの形
成間隔の最小を８０μｍ、配線幅、最小導体間隔、ビア
のランド径、層間絶縁層厚さを各々２０μｍ、ビアの最
小接続径を１０μｍ、配線膜厚を５μｍとした高密度薄
膜多層配線基板の上下一層を接続するための工程図を示
している。

【００１７】図３の工程図を３ａから３ｈの順に説明す
ると、まず３ａはセラミックス基板３０１（ｎ層目の配
線形成工程ではセラミックス基板にｎ−１層の薄膜配線
を形成した基板でも良い）に配線金属層３０２としてＣ
ｒ（０．１μｍ）／Ｃｕ（５．０μｍ）／Ｃｒ（０．１
μｍ）の複合膜をスパッタ法により連続成膜した状態を
示している。

【００１８】３ｂは配線金属層３０２にレジストを塗布
し、配線パターンを露光、現像した後、不要部のＣｒ／
Ｃｕ／Ｃｒをフェリシアン系のエッチング液と過硫酸系
のエッチング液を用いて順次エッチング除去し、更に配
線膜上の不要レジストを剥離剤で除去した状態を示して
いる。これにより下層の配線層が形成できる。

【００１９】３ｃは絶縁層３２４としてネガ型感光性ポ
リイミドを１５μｍスピンナ塗布し、ビア穴明け部を除
いて全面露光、現像した状態を示す。感光性ポリイミド
の現像特性として穴の断面形状は３０〜６０度のテーパ
角が発生する。図の例は４５度のテーパ角が付いた例を
示している。

【００２０】３ｄは下層配線層のビア穴表面に露出した
Ｃｒ層をフェリシアン系のエッチング液を用いてエッチ
ング除去後、スパッタ法により金属導体層としてＣｒ
（０．１μｍ）／Ｃｕ（１０．０μｍ）形成した状態を
示している。

【００２１】３ｅは３ｄで示した状態の基板表面をポリ
ッシング研磨で約１０μｍ厚さ除去した状態を示してお
り、これによりビア部３２６の必要部分のみに金属導体
を埋め込むことができる。

【００２２】３ｆは第２絶縁層３１４としてポリイミド
を５μｍの厚さにスピンナ塗布し、アルミ膜をマスクと
してドライエッチングにより直径１０μｍの垂直ビア穴
３１５を形成した図である。アルミマスクは第２絶縁層
３１４の表面にスパッタで３μｍのアルミ膜を形成した
後、レジスト塗布、露光、現像によりビア形成部の窓明
けを行う。次にアルミをウエットエッチグし、残りのレ
ジストを剥離剤で除去して得られる。ドライエッチング
はエッチングガスとして酸素プラズマを用いた異方性エ
ッチングによりテーパ角が８０度以上の垂直ビア形状が
得られる。

【００２３】３ｇは３ｆで形成したビア穴３１５に無電
解めっきで銅を５μｍ形成し、第２絶縁層３１４とほぼ
平坦にしてビア部３１６を形成した図である。

【００２４】３ｈは３ｇで形成された表面上にＣｒ
（０．１μｍ）／Ｃｕ（５．０μｍ）／Ｃｒ（０．１μ
ｍ）の複合膜をスパッタ法により連続成膜し、レジスト
塗布、配線パターンの露光、現像、不要部のＣｒ／Ｃｕ
／Ｃｒエッチング、不要レジストの剥離をおこなった状
態を示している。これにより上層配線層３０７が形成で
きる。

【００２５】以上、図３を用いて説明した手順により一
層目の配線と２層目の配線が微細ビアにより接続でき
る。更に多層の薄膜配線を行う場合は図３の工程を繰り
返し行うことにより可能である。

【００２６】上記の実施例では製造工程を示して具体的
な配線構造の形成例を示したが、この例では１５μｍの
絶縁層に設けたテーパ付きビアの高さは配線膜厚５μｍ
の嵩上げを考慮に入れて１０μｍとなる。このためにビ
アの下径は１０μｍでも上径は３０μｍとなり、ビアの
アスペクト比は０．３３となる。また、垂直ビアは厚さ
５μｍの絶縁層に下径を１０μｍで形成すれば、アスペ
クト比が０．５のビア形状となり、垂直ビアのみで１５
μｍの絶縁層にビアを形成するのに比べてアスペクトは
１／３となる。一方、テーパ付きビアのみで絶縁層厚さ
１５μｍのビアを形成した場合はビアの上径が４０μｍ
となる。このため、この上部にスペース２０μｍ、幅２
０μｍの上部配線層を形成するとビアと配線間のスペー
スは１０μｍとなり配線間が短絡する恐れがある。しか
し、本発明の方法によればテーパ付きビアで広がったビ
ア径は垂直ビアを形成したときの絶縁層で被われ上下の
配線層とビアの上径は直接接触することがない。このた
めテーパ付きビアを形成できる絶縁膜厚は２５μｍ以上
が可能となり、しかもビアにはテーパがあるためにアス
ペクト比は増加しない。このためにビアの高さを形成で
きる範囲が大幅に拡大できる。

【００２７】一方、上記工程では配線金属としてＣｒ／
Ｃｕ／Ｃｒの複合膜を用いたが、ＣｕやＡｌの単体膜の
使用も可能であり、更に成膜法としては蒸着やめっき法
の使用も可能である。絶縁膜の形成にはポリイミドのス
ピンナ塗布法を用いたが、シート接着の方法も可能であ
り、絶縁材料もポリイミドに限定されるものではない。

【００２８】また、テーパ付きビアと垂直ビアの形成に
はそれぞれ、感光性ポリイミドとドライエッチングの方
法を用いたが所望の形状が得られれば、その形成方法に
は限定されない。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば下層配線と上層配線を接
続するビアとして、テーパ付ビアと垂直ビアの二段構造
とし、テーパ付ビアで絶縁層が厚い部分のビアを形成
し、そのビアの上に薄い絶縁層を形成して、この絶縁層
には高さが低く、径の小さい垂直ビアを形成して上部配
線と接続した。このために原理的にはアスペクト比の増
加しないテーパ付ビアで歩留良く厚い絶縁層間を接続し
て、広がったテーパ付ビアの上径が上部配線とは短絡し
ないように垂直ビアで上部配線と接続できる。このため
に微細な配線ピッチを維持しながら上下の配線層を歩留
良く接続出来るビアが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の例を示す垂直ビアを形成する工程図
である。

【図２】従来技術の例を示すテーパ付きビアを形成する
工程図である。

【図３】本発明の実施例を示す工程図である。

【符号の説明】

１１，２１，３０１…基板、 １２，２２，３０２…配線金属、 １３，２３，３０３…下部配線、 １４，２４，３１４，３２４…絶縁層、 １５，２５，３１５，３２５…ビア穴、 １６，２６，３１６，３２６…ビア部、 １７，２７，３０７…上部配線。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁層を挟んで上下２層の配線を接続する
   ビアの形成方法において、まずビアの開口面積を大きく
   取れるテーパ付きのビアを形成し、しかる後にテーパ付
   きビアの上部にテーパ付きビアの上径よりも小さな下径
   で垂直ビアを形成することを特徴とした薄膜多層配線基
   板の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１において、テーパ付きビアを形成
   するための絶縁層材料と垂直ビアを形成するための絶縁
   層材料とを異なる種類の材料を用いることを特徴とした
   薄膜多層配線基板の製造方法。