(57)【要約】【課題】配線層と絶縁層との間のバリア性を向上させること。【解決手段】第１絶縁層１２上に設けられた配線層１６と、前記第１絶縁層上に前記配線層を覆うように設けられた第２絶縁層１４と、前記配線層の下面と前記第１絶縁層との間に設けられた第１バリア膜１８と、前記配線層の上面および側面と前記第２絶縁層との間に設けられた第２バリア膜２０と、前記配線層の下面と側面との間の辺、と前記第１絶縁層および前記第２絶縁層と、の間に、前記第１バリア膜と前記第２バリア膜との接続部６２を覆うように設けられた第３バリア膜２２と、を具備する配線基板。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁層上に設けられた配線層と、
前記第１絶縁層上に前記配線層を覆うように設けられた第２絶縁層と、
前記配線層の下面と前記第１絶縁層との間に設けられた第１バリア膜と、
前記配線層の上面および側面と前記第２絶縁層との間に設けられた第２バリア膜と、
前記配線層の下面と側面との間の辺と、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層と、の間に、前記第１バリア膜と前記第２バリア膜との接続部を覆うように設けられた第３バリア膜と、
を具備することを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記第３バリア膜は、前記配線層と前記第１バリア膜および前記第２バリア膜との間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記第３バリア膜は、前記配線層の下面と前記第１絶縁層との間および前記配線層の側面の下部と前記第２絶縁層との間に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の配線基板。
【請求項４】
前記第１バリア膜、前記第２バリア膜および前記第３バリア膜は互いに異なる材料を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の配線基板。
【請求項５】
第１絶縁層上に第１バリア膜を形成する工程と、
前記第１バリア膜上に開口を有するマスク層を形成する工程と、
前記マスク層の開口内の第１バリア膜の上面および前記開口の側面の少なくとも下部に第３バリア膜を形成する工程と、
前記開口内の第１バリア膜上に配線層を形成する工程と、
前記マスク層を除去した後、配線層の上面および側面に第２バリア膜を形成する工程と、
前記第２バリア膜を形成する工程の後、前記第１絶縁層上に前記配線層を覆うように第２絶縁層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項６】
前記マスク層を除去した後、前記配線層をマスクに、前記配線層間の前記第１バリア膜を除去する工程を含み、
前記第２バリア膜を形成する工程は、前記第１バリア膜を除去する工程の後、実行されることを特徴とする請求項５記載の配線基板の製造方法。
【請求項７】
前記マスク層を形成する工程の前に、前記第１バリア膜上にシード層を形成する工程を含み、
前記配線層を形成する工程は、前記第１バリア膜および前記シード層を介し給電することで、前記配線層を電解メッキ法を用い形成する工程を含むことを特徴とする請求項５または６記載の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、配線基板およびその製造方法に関し、例えば配線層を有する配線基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板やインターポーザ基板に用いられる配線層は微細化および高信頼性化が求められている。このため、銅等の配線層をバリア膜で覆うことが知られている（例えば特許文献１および２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１８２１６号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４３２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、配線層に長期に電流を流すと、バリア膜の間から配線層の金属材料が漏れ出すことがある。
【０００５】
本配線基板およびその製造方法は、配線層と絶縁層との間のバリア性を向上させることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１絶縁層上に設けられた配線層と、前記第１絶縁層上に前記配線層を覆うように設けられた第２絶縁層と、前記配線層の下面と前記第１絶縁層との間に設けられた第１バリア膜と、前記配線層の上面および側面と前記第２絶縁層との間に設けられた第２バリア膜と、前記配線層の下面と側面との間の辺と、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層と、の間に、前記第１バリア膜と前記第２バリア膜との接続部を覆うように設けられた第３バリア膜と、を具備することを特徴とする配線基板を用いる。
【０００７】
第１絶縁層上に第１バリア膜を形成する工程と、前記第１バリア膜上に開口を有するマスク層を形成する工程と、前記マスク層の開口内の第１バリア膜の上面および前記開口の側面の少なくとも下部に第３バリア膜を形成する工程と、前記開口内の第１バリア膜上に配線層を形成する工程と、前記マスク層を除去した後、配線層の上面および側面に第２バリア膜を形成する工程と、前記第２バリア膜を形成する工程の後、前記第１絶縁層上に前記配線層を覆うように第２絶縁層を形成する工程と、を含むことを特徴とする配線基板の製造方法を用いる。
【発明の効果】
【０００８】
本配線基板およびその製造方法によれば、配線層と絶縁層との間のバリア性を向上させることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、比較例１に係る配線基板の断面図である。
【図２】図２（ａ）から図２（ｄ）は、比較例１に係る配線基板の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は、比較例１に係る配線基板の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図４】図４は、実施例１に係る配線基板の断面図である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係る配線基板の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｄ）は、実施例１に係る配線基板の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例１の変形例１から３に係る配線基板の断面図である。
【図８】図８は、実施例２に係るインターポーザ基板を用いた電子装置の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［比較例１］
図１は、比較例１に係る配線基板の断面図である。図１に示すように、配線基板１１０において、基板１０上に絶縁層１２が設けられている。絶縁層１２上に配線層１６が設けられている。絶縁層１２上に配線層１６を囲むように絶縁層１４が設けられている。配線層１６の下面と絶縁層１２との間にバリア膜１８が設けられている。配線層１６の上面および側面と絶縁層１４との間にバリア膜２０が設けられている。
【００１１】
図２（ａ）から図３（ｃ）は、比較例１に係る配線基板の製造方法を示す断面図である。比較例１に係る配線基板１１０はセミアディティブ法を用い製造される。図２（ａ）に示すように、基板１０上に絶縁層１２を形成する。絶縁層１２上にバリア膜１８およびシード層１９を形成する。図２（ｂ）に示すように、シード層１９上に開口５２を有するマスク層５０を形成する。図２（ｃ）に示すように、シード層１９に電流を供給し電解メッキ法を用い開口５２内のシード層１９上に配線層１６を形成する。図２（ｄ）に示すように、マスク層５０を除去する。
【００１２】
図３（ａ）に示すように、配線層１６をマスクにシード層１９およびバリア膜１８を除去する。以後、シード層１９の図示を省略する。図３（ｂ）に示すように、配線層１６の上面および側面にバリア膜２０を形成する。図３（ｃ）に示すように、絶縁層１２上に配線層１６を覆うように絶縁層１４を形成する。以上のように、絶縁層１２、１４、配線層１６およびバリア膜１８および２０を形成する。
【００１３】
配線基板１１０を長時間使用すると、配線層１６の金属材料（例えばＣｕ（銅））が絶縁層１２および１４に漏れ出す（または金属材料が絶縁層１２および１４内に拡散する）ことがある。配線層１６の微細化が進むと隣接する配線層１６間が漏れ出した金属材料により干渉してしまう。比較例１では、バリア膜１８および２０により、配線層１６の金属材料の絶縁層１２および１４への漏れ出しを抑制している。バリア膜１８および２０は、配線層１６の酸化を抑制する機能も有する。
【００１４】
しかしながら、例えば配線層１６間の距離が１μｍ程度の配線基板１１０において、隣接する配線層１６間に電圧を印加し、高温高湿度下に長時間放置するＨＡＳＴ（High Accelerated temperature and humidity Stress Test）等の信頼性試験を行うと、配線層１６の金属材料が絶縁層１２および１４に漏れ出してしまうことがわかった。
【００１５】
図２（ａ）から図３（ｃ）の製造方法では、バリア膜１８と２０との接続部６２の接合が十分ではない。このため、図１の矢印６０のように、バリア膜１８と２０との間から配線層１６の金属材料が漏れ出してしまうことがわかった。
【００１６】
以下、上記課題を解決する実施例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
図４は、実施例１に係る配線基板の断面図である。図４に示すように、実施例１の配線基板１００では、基板１０上に絶縁層１２が設けられている。基板１０は、例えばシリコン基板またはガラスエポキシ基板等の絶縁基板である。絶縁層１２および１４は、例えばポリイミド層またはＰＨＳ樹脂（ポリパラヒドロキシスチレン）層等の樹脂絶縁層である。絶縁層１２上に配線層１６が設けられている。配線層１６は例えばＣｕ層等の金属層である。配線層１６の幅、間隔および高さは、例えば１μｍから５μｍである。配線層１６を覆うように絶縁層１４が設けられている。
【００１８】
配線層１６の下面と絶縁層１２との間にバリア膜１８が設けられている。バリア膜１８は、例えばＴｉ（チタン）膜等の金属膜である。バリア膜１８の膜厚は例えば３０ｎｍである。バリア膜１８は、配線層１６の上面および側面には設けられていない。配線層１６の上面および側面と絶縁層１４との間にバリア膜２０が設けられている。バリア膜２０は、例えばＮｉＢ膜、ＮｉＰ膜、ＣｏＷ膜またはＣｏＷＰ膜等の金属膜である。バリア膜２０の膜厚は例えば１００ｎｍである。バリア膜２０は、配線層１６の下面には設けられていない。配線層１６の下面とバリア膜１８との間、および配線層１６の側面の下部とバリア膜２０との間にバリア膜２２が設けられている。バリア膜２２は、例えばＮｉ（ニッケル）膜、Ｃｏ（コバルト）膜、Ａｌ（アルミニウム）膜、またはＮｉ、ＣｏおよびＡｌの少なくとも１つを含む金属膜である。バリア膜２２は、配線層１６の上面には設けられていない。
【００１９】
図５（ａ）から図６（ｄ）は、実施例１に係る配線基板の製造方法を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、基板１０上に絶縁層１２を形成する。絶縁層１２の形成は、例えばスピンコート法またはラミネート法を用いる。絶縁層１２上に、バリア膜１８を形成する。バリア膜１８は、例えばＴｉ膜である。バリア膜１８上にシード層１９を形成する。シード層１９は、例えばＣｕ膜である。バリア膜１８およびシード層１９は、例えばスパッタリング法、蒸着法、または無電解メッキ法を用い形成する。バリア膜１８は、絶縁層１２とシード層１９との密着性を向上させるための密着膜としても機能する。
【００２０】
図５（ｂ）に示すように、シード層１９上にマスク層５０を形成する。マスク層５０は、例えばフォトレジスト層である。マスク層５０は、例えばスピンコート法を用い形成する。露光および現像により、マスク層５０に開口５２を形成する。マスク層５０の膜厚は、配線層１６の膜厚の２倍程度以上とする。
【００２１】
図５（ｃ）に示すように、マスク層５０をマスクにシード層１９を除去する。このとき、バリア膜１８を残存させる。シード層１９の除去はウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いる。開口５２内のバリア膜１８の上面および開口５２の側面の下部にバリア膜２２を形成する。バリア膜２２は、例えばＡｒイオンを用いたスパッタリング法を用い形成する。バリア膜２２の形成方法として堆積原子の直進性が高い成膜方法を用い、バリア膜２２の膜厚を１０ｎｍから３０ｎｍ程度と薄くする。これにより、バリア膜２２は開口５２内のバリア膜１８上かつ開口５２の側面の下部に形成され、開口５２の側面の上部に形成されない。バリア膜２２は、配線層１６のバリアとして機能し、かつ配線層１６が電解メッキ可能な材料が好ましい。このような材料として、Ｎｉ膜、Ｃｏ膜またはＡｌ膜等を用いることができる。
【００２２】
図５（ｄ）に示すように、開口５２内のバリア膜２２上に配線層１６を形成する。配線層１６の形成は、例えばシード層１９を介し電流を供給する電解メッキ法を用いる。開口５２以外のバリア膜１８上にシード層１９が設けられている。これにより、電流の供給時の電気抵抗を下げることができる。シード層１９は、電気抵抗率の小さいＣｕ層等が好ましい。
【００２３】
図６（ａ）に示すように、マスク層５０を剥離する。配線層１６が設けられていない絶縁層１２上にはバリア膜１８およびシード層１９が残存している。
【００２４】
図６（ｂ）に示すように、配線層１６をマスクに、シード層１９およびバリア膜１８を除去する。シード層１９およびバリア膜１８の除去には、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いる。
【００２５】
図６（ｃ）に示すように、配線層１６の上面および側面並びにバリア膜２２の側面にバリア膜２０を形成する。バリア膜２０の形成は例えば無電解メッキ法を用いる。バリア膜２０の材料は、Ｃｕ層等に無電解メッキ可能でかつバリア膜として機能することが好ましく、例えばＮｉＢ、ＮｉＰ、ＣｏＷまたはＣｏＷＢ等である。
【００２６】
図６（ｄ）に示すように、配線層１６を覆うように絶縁層１４を形成する。絶縁層１２の形成は、例えばスピンコート法またはラミネート法を用いる。以上により、一層分の配線層１６が形成される。その後、複数の配線層１６を積層してもよい。
【００２７】
実施例１によれば、図４のように、バリア膜２２（第３バリア膜）は、配線層１６の下面と側面との間の辺と絶縁層１２（第１絶縁層）および絶縁層１４（第２絶縁層）との間に、バリア膜１８（第１バリア膜）とバリア膜２０（第２バリア膜）との接続部６２を覆う。これにより、ＨＡＳＴ等の信頼性試験において、接続部６２から配線層１６の金属材料が絶縁層１２および１４に漏れ出す（拡散する）こと抑制できる。よって、配線層１６と絶縁層１２および１４との間のバリア性を向上させることができる。
【００２８】
図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例１の変形例１から３に係る配線基板の断面図である。図７（ａ）に示すように、実施例１の変形例１では、バリア膜２２は、配線層１６の下面の端部に設けられ中央部に設けられていない。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。
【００２９】
実施例１の変形例１のように、バリア膜２２は、配線層１６の下面全体に設けられていなくてもよい。図５（ｃ）および図５（ｄ）のように、マスク層５０の開口５２内のバリア膜１８の上面および開口５２の側面にバリア膜２２を形成し、開口５２内のバリア膜２２上に配線層１６を形成する。このように、バリア膜２２および配線層１６を形成すると、実施例１の図４のように、配線層１６の下面全体にバリア膜２２が形成される。
【００３０】
図７（ｂ）に示すように、実施例１の変形例２では、バリア膜２２は、バリア膜１８および２２と絶縁層１２および１４の間に設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。
【００３１】
実施例１の変形例２のように、バリア膜２２は、バリア膜１８および２２の外側に設けられていてもよい。しかし、図１の矢印６０のように配線層１６の金属材料が絶縁層１２および１４に漏れ出す場合、バリア膜２２が外側に設けられていると、金属材料の圧力により、バリア膜２２とバリア膜１８および２２との間に隙間が形成される可能性がある。これにより、配線層１６の金属材料が絶縁層１２および１４に漏れ出すことを抑制する効果が小さくなる。
【００３２】
よって、実施例１のように、バリア膜２２は、配線層１６とバリア膜１８および２０との間に設けられていることが好ましい。これにより、バリア膜２２に配線層１６の金属材料が絶縁層１２および１４に漏れ出す圧力が加わってもバリア膜２２とバリア膜１８および２０との間に隙間は生じない。よって、配線層１６の金属材料が絶縁層１２および１４に漏れ出すことをより抑制することができる。
【００３３】
図７（ｃ）に示すように、実施例１の変形例３では、バリア膜２２は、配線層１６の側面全体に設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例３のように、バリア膜２２は、配線層１６の側面全体に設けられてもよい。
【００３４】
しかし、図５（ｃ）において、バリア膜２２が開口５２の側面全体に形成されると、図６（ａ）において、マスク層５０の剥離が難しくなる。また、配線層１６の側面にバリア膜２２の突起が形成される。このような突起を設けないようにするため、バリア膜２２は、配線層１６の下面および側面の下部と絶縁層１２および１４との間に設けられていることが好ましい。
【００３５】
さらに、図５（ａ）のように、第１絶縁層１２上にバリア膜１８を形成する。図５（ｂ）のように、バリア膜１８上に開口５２を有するマスク層５０を形成する。図５（ｃ）のように、マスク層５０の開口５２内のバリア膜１８の上面および開口５２の側面の少なくとも下部にバリア膜２２を形成する。図５（ｄ）のように、開口５２内のバリア膜１８上に配線層１６を形成する。図６（ｃ）のように、マスク層５０を除去した後、配線層１６の上面および側面にバリア膜２０を形成する。図６（ｄ）のように、バリア膜２０を形成する工程の後、絶縁層１２上に配線層１６を覆うように絶縁層１４を形成する。これにより、実施例１に係る配線基板１００を製造することができる。
【００３６】
図６（ｂ）のように、マスク層５０を除去した後、配線層１６をマスクに、配線層１６間のバリア膜１８を除去する。図６（ｂ）のように、バリア膜２０を形成する工程は、バリア膜１８を除去する工程の後に実行する。これにより、バリア膜１８に接続するバリア膜２０を形成できる。
【００３７】
図５（ｃ）のように、バリア膜２２をスパッタリング法を用いて形成する。これにより、バリア膜２２を開口５２の側面の下部に形成できる。
【００３８】
さらに、図５（ａ）のように、マスク層５０を形成する工程の前に、バリア膜１８上にシード層１９を形成する。図５（ｄ）のように、配線層１６を形成する工程は、バリア膜１８およびシード層１９を介し給電することで、配線層１６を電解メッキ法を用い形成する。これにより、電解メッキのための給電を抵抗の低いシード層１９を介し行うことができる。
【００３９】
配線層１６はＣｕ配線であり、バリア膜１８から２２は、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｌ（アルミニウム）およびＣｏ（コバルト）の少なくとも１つを含むことが好ましい。また、絶縁層１２および１４は、樹脂層であることが好ましい。
【実施例２】
【００４０】
実施例２は、実施例１に係る配線基板をインターポーザ基板に用いた例である。図８は、実施例２に係るインターポーザ基板を用いた電子装置の例を示す断面図である。図８に示すように、インターポーザ基板１０２は、基板１０上に複数の絶縁層１２および１４が設けられている。基板１０がシリコン基板の場合、基板１０の膜厚は例えば１００μｍから２００μｍである。基板１０がガラスエポキシ基板の場合、基板１０の膜厚は例えば５００μｍから１０００μｍである。絶縁層１２および１４の膜厚は例えば２０μｍである。
【００４１】
基板１０の下面および上面にそれぞれ配線層２６ａおよび２６ｂが設けられている。絶縁層１２および１４の上面にそれぞれ配線層２６ｃおよび２６ｄが設けられている。基板１０、絶縁層１２および１４を貫通するそれぞれ貫通電極２４ａから２４ｃが設けられている。貫通電極２４ａから２４ｃは、それぞれ配線層２６ａと２６ｂとの間、配線層２６ｂと２６ｃとの間に並びに配線層２６ｃと２６ｄとの間を電気的に接続する。配線層２６ｃは実施例１における配線層１６である。配線層１６の周りには実施例１と同じバリア膜１８、２０および２２が設けられている。配線層２６ａおよび２６ｄはランドを含む。
【００４２】
プリント基板３０の上面に形成された電極３２にインターポーザ基板１０２がバンプ２４を用い実装されている。インターポーザ基板１０２上に半導体チップ４０がバンプ４２を用いフリップチップ実装されている。
【００４３】
実施例２のように、配線基板はインターポーザ基板１０２（配線中継用基板）でもよい。配線基板は、多層の絶縁層を積層した多層プリント基板、ファンアウト用のウェハレベルパッケージ、または複数の半導体チップを再配線するマルチチップパッケージでもよい。
【００４４】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４５】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）第１絶縁層上に設けられた配線層と、前記第１絶縁層上に前記配線層を覆うように設けられた第２絶縁層と、前記配線層の下面と前記第１絶縁層との間に設けられた第１バリア膜と、前記配線層の上面および側面と前記第２絶縁層との間に設けられた第２バリア膜と、前記配線層の下面と側面との間の辺と、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層と、の間に、前記第１バリア膜と前記第２バリア膜との接続部を覆うように設けられた第３バリア膜と、を具備することを特徴とする配線基板。
（付記２）前記第３バリア膜は、前記配線層と前記第１バリア膜および前記第２バリア膜との間に設けられていることを特徴とする付記１記載の配線基板。
（付記３）前記第３バリア膜は、前記配線層の下面と前記第１絶縁層との間および前記配線層の側面の下部と前記第２絶縁層との間に設けられていることを特徴とする付記１または２記載の配線基板。
（付記４）前記第１バリア膜、前記第２バリア膜および前記第３バリア膜は互いに異なる材料を含むことを特徴とする付記１から３のいずれか一項記載の配線基板。
（付記５）第１絶縁層上に第１バリア膜を形成する工程と、前記第１バリア膜上に開口を有するマスク層を形成する工程と、前記マスク層の開口内の第１バリア膜の上面および前記開口の側面の少なくとも下部に第３バリア膜を形成する工程と、前記開口内の第１バリア膜上に配線層を形成する工程と、前記マスク層を除去した後、配線層の上面および側面に第２バリア膜を形成する工程と、前記第２バリア膜を形成する工程の後、前記第１絶縁層上に前記配線層を覆うように第２絶縁層を形成する工程と、を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
（付記６）前記マスク層を除去した後、前記配線層をマスクに、前記配線層間の前記第１バリア膜を除去する工程を含み、
前記第２バリア膜を形成する工程は、前記第１バリア膜を除去する工程の後、実行されることを特徴とする付記５記載の配線基板の製造方法。
（付記７）前記マスク層を形成する工程の前に、前記第１バリア膜上にシード層を形成する工程を含み、前記配線層を形成する工程は、前記第１バリア膜および前記シード層を介し給電することで、前記配線層を電解メッキ法を用い形成する工程を含むことを特徴とする付記５または６記載の配線基板の製造方法。
（付記８）前記配線層は銅配線であり、前記第１バリア膜、前記第２バリア膜および前記第３バリア膜は、チタン、ニッケル、アルミニウムおよびコバルトの少なくとも１つを含むことを特徴とする付記１から４のいずれか一項記載の配線基板。
（付記９）前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は樹脂層であることを特徴とする付記１から４のいずれか一項記載の配線基板。
（付記１０）前記第３バリア膜はスパッタリング法を用い形成することを特徴とする付記５から７のいずれか一項記載の配線基板の製造方法。
【符号の説明】
【００４６】
１０  基板
１２、１４  絶縁層
１６  配線層
１８、２０、２２  バリア膜
１９  シード層
５０  マスク層
５２  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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