JPH06104576A - 多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明は、多層配線基板の製造方法において、
ポリイミド絶縁膜が下記（Ａ）〜（Ｆ）の工程を経て形
成されてなることを特徴とする多層配線基板の製造方法
である。 （Ａ）基板上にポリイミド前駆体を塗布した後、プリベ
ークを行い、下層のポリイミド前駆体被膜を形成する工
程、（Ｂ）該下層の被膜に所定のパターンを形成する工
程、（Ｃ）該下層の被膜に１２０〜３００℃で熱処理を
行う工程、（Ｄ）該下層の被膜上にポリイミド前駆体を
塗布した後、プリベークを行い、上層のポリイミド前駆
体被膜を形成する工程、（Ｅ）該上層の被膜に上記下層
と同一ないし共通の開口を有するパターンを形成する工
程、（Ｆ）該被膜全体に加熱焼成を行う工程。 【効果】本発明によると、ポリイミド絶縁膜の厚膜が容
易に形成できるため、厚膜のポリイミドを絶縁膜として
用いた多層配線構成体の信頼性向上に大きく寄与するも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】多層配線構成体に関するものであ
り、更に詳しくはポリイミドを絶縁膜として用いたＬＳ
Ｉ搭載用実装基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリイミドを絶縁膜として用いたＬＳＩ
搭載用実装基板は、例えば「日経エレクトロニクス」１
０５頁、１９８３年１月３１日号、同じく１４５〜１４
８頁、１９８４年８月２７日号などで知られている。該
ポリイミド絶縁膜は、ピンホール密度、特性インピーダ
ンスなどの要求から、厚膜が要求されることが多い。例
えば、ポリイミド絶縁膜を形成する場合、塗膜のピンホ
ールは重要な特性であり、ピンホールは、デバイスの不
良につながる。そのため、ポリイミド絶縁膜を厚膜化あ
るいは、重ね塗りすることなどにより、ピンホール密度
が小さくなることが知られている（例えば、「機能材
料」５４頁、１９８４年６月号）。また、一般に素子の
インピーダンスを高くするためには、ポリイミド絶縁膜
も厚くする必要がある。あるいは、ビアホールの解像度
は、ポリイミド絶縁膜の膜厚と関係があり、膜厚が厚く
なるほどビアホールの加工寸法の限界が大きくなるた
め、加工寸法を小さくするために、膜厚を薄くし、ポリ
イミド絶縁膜を重ねていくことにより、厚膜でもビアホ
ールの加工寸法を小さくできる。

【０００３】しかしながら、厚膜のポリイミド絶縁層の
形成を一回塗布で行う場合には限界があり、また、膜を
厚く形成しても均一性に問題がある。重ね塗りを行う場
合、ポリイミド前駆体の状態で塗布を重ねると、下層の
ポリイミド前駆体被膜が溶解したり、あるいは、３５０
〜４５０℃の高温まで熱を加えて形成すると、工程の増
加、スループットの低下、コストの上昇を招いたり、下
層のポリイミド絶縁層との接着性低下を生じたり、信頼
性の高い多層配線基板を製造する上で、大きな障害にな
っていた。

【０００４】本発明者らは、このような従来技術の現状
に鑑み、その改善策について鋭意検討した結果、特定の
温度範囲でポリイミド前駆体を熱処理することにより重
ね塗りが可能となり、厚膜形成ができ、信頼性の高い多
層配線基板が容易に、低コストで得られることを知見
し、本発明に到達したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、多層配線構成体の絶縁膜として厚膜のポリイミ
ドを良好に形成でき、しかも信頼性の高い多層配線基板
が容易に、低コストで製造できる方法を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
次の構成により達成される。

【０００７】（１）基板上に形成した第１層の金属配線
と、該第１層の金属配線上に積層される第１層のポリイ
ミド絶縁膜と、該第１層のポリイミド絶縁膜に形成され
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含む多層配線基板
の製造方法において、前記ポリイミド絶縁膜が下記
（Ａ）〜（Ｆ）の工程を経て形成されてなることを特徴
とする多層配線基板の製造方法。

【０００８】（Ａ）基板上にポリイミド前駆体を塗布し
た後、プリベークを行い、下層のポリイミド前駆体被膜
を形成する工程、（Ｂ）該下層の被膜に所定のパターン
を形成する工程、（Ｃ）該下層の被膜に１２０〜３００
℃で熱処理を行う工程、（Ｄ）該下層の被膜上にポリイ
ミド前駆体を塗布した後、プリベークを行い、上層のポ
リイミド前駆体被膜を形成する工程、（Ｅ）該上層の被
膜に上記下層と同一ないし共通の開口を有するパターン
を形成する工程、（Ｆ）該被膜全体に加熱焼成を行う工
程。

【０００９】（２）該下層の被膜の熱処理の温度が１４
０℃〜２５０℃であることを特徴とする前記（１）記載
の多層配線基板の製造方法。

【００１０】本発明における金属配線としては、基板上
に設けられた電気伝導性の材料が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が用いられ
る。電気伝導性の材料としては、アルミニウム、銅、
金、ニッケル、クロム、モリブデン、ニクロム、パラジ
ウム、銀などが、単独あるいは複層で好ましく用いられ
るが、これらに限定されない。これらの配線は、通常、
真空蒸着、スパッタリング、電子線蒸着などの物理蒸着
やメッキなどにより、パターン状または全面に形成され
る。全面に形成した場合は、フォトリソグラフィーを用
いてパターン化することが多い。

【００１１】本発明におけるポリイミドとしては、テト
ラカルボン酸とジアミンを選択的に組み合わせ、これら
を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、６０〜１２０℃程度で乾燥し、その後、１５０〜４
５０℃程度の温度を選び、熱処理を行い脱水縮合するこ
とにより得ることができるもの、あるいは化学的に転換
したものなどが挙げられ、公知のポリイミドが使用でき
る。

【００１２】具体的なポリイミド前駆体としては、ピロ
メリット酸二無水物、３，３´，４，４´−ベンゾフェ
ノンテトラカルボン酸二無水物、３，３´，４，４´−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６
−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、シクロブタン
テトラカルボン酸二無水物などの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−テル、３，
３´−ジアミノジフェニルスルホン、４，４´−ジアミ
ノジフェニルメタン、ビス（３−アミノプロピル）テト
ラメチルジシロキサン、メタフェニレンジアミン、パラ
フェニレンジアミンなどのジアミンとを非プロトン性極
性溶媒中などで反応させ得られるポリアミド酸が挙げら
れるが、これらに限定されない。非プロトン性極性溶媒
の好ましい例としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、
Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホル
ムアミドなどが挙げられるが、これらに限定されない。

【００１３】また、これら各々をビス（３−アミノプロ
ピル）テトラメチルジシロキサンと組み合わせたもの
は、特に好ましい。ここで、ビス（３−アミノプロピ
ル）テトラメチルジシロキサンの配合量としては、全ジ
アミンの１〜１５モル％であることが好ましく、より好
ましくは３〜６モル％である。

【００１４】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
るので好ましいが、これに限定されない。感光性を付与
する方法としては、例えば、特公昭５５−３０２０７号
公報、特開昭５３−１２７７２３号公報、特開昭５９−
５２８２２号公報などに記載されている。

【００１５】次に、本発明における多層配線基板の製造
方法について説明する。

【００１６】まず、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。例えば、基板上に銅、クロムを順次蒸着方式により
積層した後、フォトエッチングすることにより所望の配
線パターンを得ることができる。

【００１７】ついで、該配線パターン上にポリイミド絶
縁膜を形成する。該膜の上に第２層の金属配線を形成す
れば、２層配線の構成体が得られる。以下同様に繰り返
せば、３層配線以上の構成体が得られる。

【００１８】該多層配線基板の絶縁膜として用いられる
ポリイミドの形成方法について詳細に説明する。

【００１９】まず、第１層の金属配線の形成された基板
上にポリイミドの前駆体溶液を塗布し、プリベークを行
い、下層のポリイミド前駆体被膜を形成する。塗布方法
としては、スピンナを用いた回転塗布、スプレーコータ
ーを用いた噴霧塗布、浸漬、印刷、ロールコーティイン
グなどの公知の手段が可能である。スピンナを用いる場
合は膜厚を均一にするために高速で回転することが好ま
しい。プリベークは、通風オーブン、ホットプレートな
ど公知の装置を用いて行うことができる。プリベークの
温度としては、６０℃〜１１０℃の範囲にあることが好
ましく、時間としては、オーブンの場合は５分〜３時
間、ホットプレートの場合は１〜２０分の範囲にあるこ
とが好ましい。

【００２０】ついで、該下層の被膜のパターンを形成す
る。パターン形成は、公知の微細加工技術を用いて行う
ことができる。例えば、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。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、例えばポジレジストをマスクとし
てポジレジストの現像と同時にポリイミドのエッチング
を行う方法（例えば、R.A.Dine-Hatt.他，Br.Polym.J.
3,222(1971)）、ネガレジストをマスクにし、ネガレジ
ストの現像後にポリイミドをヒドラジンなどの有機アル
カリでエッチングする方法（例えば、特開昭５３−４９
７０１号公報）、金属薄膜などをマスクにして、プラズ
マでエッチングする方法などでパターンを形成できる。

【００２１】ついで、該下層の被膜に１２０〜３００℃
で熱処理を行う。より好ましくは、１４０℃〜２５０℃
の範囲である。温度が１２０℃未満の場合、次の塗布工
程で該下層の被膜が溶解し、均一な膜が得られない。ま
た、温度が３００℃を越えると、工程の増加、スループ
ットの低下、コストの上昇を招いたり、下層のポリイミ
ドとの接着性低下を生じたり、高熱を加えることにより
デバイス自体に負荷を与え、信頼性の高い多層配線基板
が得られない。熱処理の時間としては、溶媒等により異
なり特に限定されないが、ホットプレートの場合は、１
〜２０分、オーブンの場合は、５分〜５時間の範囲が好
ましい。

【００２２】次に、該下層の被膜上に前記ポリイミド前
駆体を塗布した後、プリベークを行い、上層のポリイミ
ド前駆体被膜を形成し、さらに該上層の被膜のパターン
形成を行なう。これらの工程は、下層のポリイミド絶縁
膜と同様の方法で行うことができる。なお、上層のパタ
ーンを形成するに際しては、下層のパターンと同一の開
口（上層のビアホールと下層のビアホールが一致する場
合）ないし共通の開口（上層のビアホールと下層のビア
ホールが一致しない場合）を有するように形成すること
が好ましい。

【００２３】以上、ポリイミド絶縁膜１層を２層の重ね
塗りによって形成する例について、説明したが、勿論、
これに限定されず、例えば、３層以上の重ね塗りによっ
て、ポリイミド絶縁膜１層を形成することもできる。こ
の場合、最上層以外の各層の被膜については、それぞれ
所定のパターンを形成した後、１２０〜３００℃で熱処
理が施されることはいうまでもない。

【００２４】次に、被膜全体に加熱焼成を行う。加熱焼
成条件は、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。例えば、１３０℃で６０分処理
後、２００℃、３００℃、４００℃で各々３０分づつ処
理するか、あるいは、室温から４５０℃まで３℃／分の
昇温速度で昇温し、４５０℃で６０分処理する。

【００２５】以上、基板上に形成される第１層のポリイ
ミド絶縁膜について、説明を行ったが、本発明はこれに
限定されず、第２層以上のポリイミド絶縁膜について
も、第１層と同様の方法で行うことが好ましい。すなわ
ち、下層のポリイミド絶縁膜を基板上に塗布するかわり
に、直前に形成された金属配線の上に塗布する以外は、
第１層のポリイミド絶縁膜と全く同様に形成すれば良
い。

【００２６】

【実施例】

実施例１ セラミックス基板上に銅を５μｍ、クロムを０．２μｍ
スパッタし、フォトエッチングすることにより第１層の
配線のパターンを形成した。この基板上に感光性ポリイ
ミド前駆体のワニス（東レ（株）製ＵＲ−５１００）を
熱処理後の膜厚が２０μｍになるように塗布し、７０℃
で９０分乾燥し、下層のポリイミド絶縁膜を得た。つい
で、露光機（キャノン（株）製ＰＬＡ−５０１Ｆ）にセ
ットし、マスクを介して２００ｍＪ／ｃｍ² （４３６ｎ
ｍの強度）露光した後、感光性ポリイミド用現像液ＤＶ
−６０５（東レ（株）製）を用いて、２０℃で７分間超
音波を印加しながら浸漬現像を行った。イソプロピルア
ルコールでリンスした後、窒素ブローで乾燥して所定の
パターンを得た。その後、１８０℃窒素雰囲気中で西山
製作所（株）製イナートオーブンを用いて６０分、熱処
理を行った。

【００２７】続いて、上記所定のパターンが形成された
下層の被膜上に、上記と同様に感光性ポリイミド前駆体
のワニスの塗布、プリベーク、露光、現像を行い、下層
と同一のパターンを有するポリイミド絶縁膜を形成した
後、４００℃で１時間の加熱焼成を行い、加熱焼成後の
膜厚が４０μｍである第１層のポリイミド絶縁膜を形成
した。さらにこの第１層の絶縁膜上に、前記と同様に繰
り返し、第２層の配線パターンを形成した。以下同様に
して繰り返し、配線層２層、ポリイミド絶縁層２層の多
層配線構成体が問題なく製造できた。この多層配線構成
体に用いたポリイミドの絶縁性能は良好であった。

【００２８】実施例２ 下層のポリイミド絶縁層の熱処理温度を１５０℃とした
以外は、実施例１と同じ条件で、配線層とポリイミド絶
縁層を形成したところ、配線層２層、ポリイミド絶縁層
２層の多層配線構成体が問題なく製造でき、この多層配
線構成体に用いたポリイミドの絶縁性能は良好であっ
た。

【００２９】実施例３ 下層のポリイミド絶縁層の熱処理温度を２５０℃とした
以外は、実施例１と同じ条件で、配線層とポリイミド絶
縁層を形成したところ、配線層２層、ポリイミド絶縁層
２層の多層配線構成体が問題なく製造でき、この多層配
線構成体に用いたポリイミドの絶縁性能は良好であっ
た。

【００３０】比較例１ 下層のポリイミド絶縁層の熱処理温度を３５０℃とした
以外は、実施例１と同じ条件で、配線層とポリイミド絶
縁層を形成したところ、第１層の絶縁膜および第２層の
絶縁膜において、熱処理を行った層を境にして、絶縁膜
が浮いた様な剥離が生じ、この多層配線構成体に用いた
ポリイミドの絶縁性能が十分果たされなかった。

【００３１】比較例２ 下層のポリイミド絶縁層の熱処理温度を１００℃とした
以外は、実施例１と同じ条件で、配線層とポリイミド絶
縁層を形成した。第１層の絶縁膜および第２層の絶縁膜
において、１００℃熱処理後に感光性ポリイミド前駆体
のワニスの塗布、プリベーク、露光、現像を繰り返した
ところ、下層の熱処理した層が溶解し、均一な膜になら
ず、この多層配線構成体に用いたポリイミドの絶縁性能
が十分果たされなかった。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、上述のごとく構成したので、
ポリイミド絶縁膜の厚膜が容易に形成できるため、ポリ
イミドを絶縁膜として用いた多層配線構成体の信頼性向
上および製造工程数の低減、コストの低減に大きく寄与
するものである。

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層の金属配線上に積層される第１層のポリイミド絶
   縁膜と、該第１層のポリイミド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含む多層配線基板の製造
   方法において、前記ポリイミド絶縁膜が下記（Ａ）〜
   （Ｆ）の工程を経て形成されてなることを特徴とする多
   層配線基板の製造方法。 （Ａ）基板上にポリイミド前駆体を塗布した後、プリベ
   ークを行い、下層のポリイミド前駆体被膜を形成する工
   程、（Ｂ）該下層の被膜に所定のパターンを形成する工
   程、（Ｃ）該下層の被膜に１２０〜３００℃で熱処理を
   行う工程、（Ｄ）該下層の被膜上にポリイミド前駆体を
   塗布した後、プリベークを行い、上層のポリイミド前駆
   体被膜を形成する工程、（Ｅ）該上層の被膜に上記下層
   と同一ないし共通の開口を有するパターンを形成する工
   程、（Ｆ）該被膜全体に加熱焼成を行う工程。
2. 【請求項２】該下層の被膜の熱処理の温度が１４０℃〜
   ２５０℃であることを特徴とする請求項１記載の多層配
   線基板の製造方法。