(57)【要約】【課題】配線間のショートやマイグレーションを抑制すること、さらには薄膜配線端部に加わる熱応力を緩和し、クラックや膜剥がれの発生を抑制する。【解決手段】薄膜配線基板は、絶縁基板１と、絶縁基板上に接着層３、バリア層４、主導体層５を順次積層したこれら３層からなる薄膜多層配線２とを有する。上面視で、主導体層の上面端縁５１の位置が、バリア層の上面端縁４１より内側にあり、バリア層の上面端縁４１の位置が接着層の上面端縁３１より内側にあるとともに、接着層の上面端縁３１の位置が、接着層の下面端縁２１より内側にある。好ましくは、各層の上面端縁を結んだ仮想線分Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対し、縦断面視で凹状となる凹部３４，４４，５４を有する。【選択図】図３
2019024063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、前記絶縁基板上に接着層、バリア層、主導体層を順次積層したこれら３層からなる薄膜多層配線とを有する薄膜配線基板において、
上面視で、前記主導体層の上面端縁の位置が、前記バリア層の上面端縁より内側にあり、前記バリア層の上面端縁の位置が前記接着層の上面端縁より内側にあるとともに、前記接着層の上面端縁の位置が、前記接着層の下面端縁より内側にあることを特徴とする薄膜配線基板。
【請求項２】
前記主導体層の上面端縁と前記バリア層の上面端縁との間の距離が、前記バリア層の上面端縁と前記接着層の上面端縁との間の距離より長いことを特徴とする請求項１に記載の薄膜配線基板。
【請求項３】
前記主導体層、前記バリア層、前記接着層の側面において、各層の上面端縁を結んだ仮想線分に対し、縦断面視で凹状となる凹部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜配線基板。
【請求項４】
前記凹部が前記バリア層の側面全体と、前記接着層の側面全体とにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項３に記載の薄膜配線基板。
【請求項５】
前記仮想線分からの前記バリア層の凹部の深さが、前記仮想線分からの前記接着層の凹部の深さよりも深いことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の薄膜配線基板。
【請求項６】
縦断面視で、前記主導体層の上面端縁と前記バリア層の上面端縁とを結んだ仮想線分と、前記バリア層の上面端縁と前記接着層の上面端縁とを結んだ仮想線分とが配線内部側につくる角度が鈍角であることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一つに記載の薄膜配線基板。
【請求項７】
前記絶縁基板は、前記接着層の下面が接合する上段面に対して低くされた下段面を有し、
上面視で、前記接着層の下面端縁が前記上段面の端縁にあるとともに、前記上段面に近接する前記下段面の端縁より内側にあることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一つに記載の薄膜配線基板。
【請求項８】
前記絶縁基板の前記上段面と前記下段面とを繋ぐ側面は、縦断面視で、前記接着層の上面端縁から前記接着層の下面端縁に通した仮想半直線上にあることを特徴とする請求項７に記載の薄膜配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基板上に薄膜多層配線が形成された薄膜配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にも記載されるように絶縁基板上に接着層、バリア層、主導体層からなる薄膜多層配線を形成する技術がある。
【０００３】
従来、電気回路基板や半導体素子収納用パッケージ等における配線基板はその回路配線がＭｏ−Ｍｎ法等の厚膜形成技法によって形成されている。
このＭｏ−Ｍｎ法は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属から成る金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加し、ペースト状となした金属ペーストを生もしくは焼結セラミック体の外表面にスクリーン印刷法により回路配線としての所定パターンに印刷塗布し、次にこれを還元雰囲気中で焼成し、高融点金属とセラミック体とを焼結一体化させる方法である。
【０００４】
しかしながら、このＭｏ−Ｍｎ法を用いて回路配線を形成した場合、回路配線は金属ペーストをスクリーン印刷することにより形成されることから回路配線の微細化が困難であり、回路配線の高密度化ができないという欠点を有していた。
【０００５】
そこで上記欠点を解消するために回路配線を従来の厚膜形成技法により形成するのに替えて微細化が可能な薄膜形成技法を用いて形成した薄膜配線基板、即ち、絶縁基板上にＴｉ，Ｃｒ等から成る接着層と、Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ等から成るバリア層と、金（Ａｕ）から成る主導体層をイオンプレーティング法やスパッタリング法、蒸着法、メッキ法等の薄膜形成技法により順次積層し、しかる後、これらの層をフォトリソグラフィによって所定のパターンに形成し、回路配線となした薄膜配線基板が提案されている。
なお、前記薄膜配線基板において接着層は回路配線を絶縁基板に強固に接着させる作用を奏し、またバリア層は接着層と主導体層の相互拡散を抑制するとともに主導体層を接着層に強固に接着させる作用を奏する。
【０００６】
上記の薄膜多層配線を形成する技術により、回路配線の高密度化が可能となったが、これに伴い配線ギャップについても狭ギャップ化が進行している。
その結果、電子部品の実装時の半田が配線間のギャップ部に流出し、ショートを発生させたり、配線形成後の実装時の加熱により、薄膜配線端部に加わる熱応力が増大し、クラックや膜剥がれを発生させたりする懸念があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−７８５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は以上の従来の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、絶縁基板上に薄膜多層配線が形成された薄膜配線基板において、配線間のショートやマイグレーションを抑制すること、さらには薄膜配線端部に加わる熱応力を緩和し、クラックや膜剥がれの発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に接着層、バリア層、主導体層を順次積層したこれら３層からなる薄膜多層配線とを有する薄膜配線基板において、上面視で、前記主導体層の上面端縁の位置が、前記バリア層の上面端縁より内側にあり、前記バリア層の上面端縁の位置が前記接着層の上面端縁より内側にあるとともに、前記接着層の上面端縁の位置が、前記接着層の下面端縁より内側にあることを特徴とする。
【００１０】
本発明の薄膜配線基板は、好ましくは、前記主導体層の上面端縁と前記バリア層の上面端縁との間の距離が、前記バリア層の上面端縁と前記接着層の上面端縁との間の距離より長いことを特徴とする。
【００１１】
本発明の薄膜配線基板は、好ましくは、前記主導体層、前記バリア層、前記接着層の側面において、各層の上面端縁を結んだ仮想線分に対し、縦断面視で凹状となる凹部を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の薄膜配線基板は、好ましくは、前記凹部が前記バリア層の側面全体と、前記接着層の側面全体とにそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の薄膜配線基板は、好ましくは、前記仮想線分からの前記バリア層の凹部の深さが、前記仮想線分からの前記接着層の凹部の深さよりも深いことを特徴とする。
【００１４】
本発明の薄膜配線基板は、好ましくは、縦断面視で、前記主導体層の上面端縁と前記バリア層の上面端縁とを結んだ仮想線分と、前記バリア層の上面端縁と前記接着層の上面端縁とを結んだ仮想線分とが配線内部側につくる角度が鈍角であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の薄膜配線基板は、好ましくは、前記絶縁基板は、前記接着層の下面が接合する上段面に対して低くされた下段面を有し、上面視で、前記接着層の下面端縁が前記上段面の端縁にあるとともに、前記上段面に近接する前記下段面の端縁より内側にあることを特徴とする。
【００１６】
本発明の薄膜配線基板は、好ましくは、前記絶縁基板の前記上段面と前記下段面とを繋ぐ側面は、縦断面視で、前記接着層の上面端縁から前記接着層の下面端縁に通した仮想半直線上にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の薄膜配線基板によれば、絶縁基板上に薄膜多層配線が形成された薄膜配線基板において、配線間のショートやマイグレーションを抑制すること、さらには薄膜配線端部に加わる熱応力を緩和し、クラックや膜剥がれの発生を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜配線基板を示す縦断面図である。
【図２】本発明の他の一実施形態に係る薄膜配線基板を示す縦断面図である。
【図３】本発明の他の一実施形態に係る薄膜配線基板を示す縦断面図である。
【図４】本発明の他の一実施形態に係る薄膜配線基板を示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係り、薄膜配線基板の配線形成プロセスを示す縦断面図である。
【図６】反応性イオンエッチングにおける垂直なスパッタリングによるエッチングの様子を示す模式図である。
【図７】反応性イオンエッチングにおける散乱確率を上げたスパッタリングによるエッチングの様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００２０】
（積層構成物）
図１から図４に示すように本発明の一実施形態の薄膜配線基板は、絶縁基板１と、絶縁基板１上に接着層３、バリア層４、主導体層５を順次積層したこれら３層からなる薄膜多層配線２とを有する。
絶縁基板１は酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等から成り、絶縁基板１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、アルミナ、マグネシア、カルシア、シリカ等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。
【００２１】
また絶縁基板１の上面には薄膜多層配線２が薄膜形成技法によって被着形成されており、該薄膜多層配線２は接着層３、バリア層４、主導体層５の３層構造を有している。
【００２２】
薄膜多層配線２を構成する接着層３はＴｉ，Ｃｒ等から成り、蒸着法やイオンプレーティング法等の薄膜形成技法により絶縁基板１上に被着される。
【００２３】
なお、接着層３ は絶縁基板１と薄膜多層配線２との接着強度を上げる作用を奏し、その厚みは100 オングストローム未満であると薄膜多層配線２を絶縁基板１に強固に接着させることが困難となる傾向にあり、また10000 オングストロームを越えると接着層３を薄膜形成技法により被着させる際の内部応力によって絶縁基板１と接着層３との接着強度が低下する傾向にあることから100 乃至10000 オングストロームの範囲が良く、好適には300 乃至2000オングストロームの厚みに、最適には500 乃至1500オングストロームの厚みにしておくことが良い。
【００２４】
また接着層３の上面にはバリア層４が被着されており、該バリア層４は接着層３と主導体層５との密着性を向上させるとともに接着層３と主導体層５との相互拡散を防止する作用を奏する。
【００２５】
バリア層４はＰｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ等から成り、蒸着法やイオンプレーティング法、スパッタリング法等の薄膜形成技法により接着層３の上面に被着される。
【００２６】
なお、バリア層４はその厚みが500 オングストローム未満であると接着層３と主導体層５との密着性が低下するとともに接着層３と主導体層５との相互拡散を有効に防止することができない傾向にあり、また10000 オングストロームを越えるとバリア層４を薄膜形成技法により被着させる際の内部応力によって接着層３とバリア層４との接着強度が低下する傾向にあることから500 乃至10000 オングストロームの範囲が良く、好適には800 乃至5000オングストロームの厚みに、最適には1000乃至3000オングストロームの厚みにしておくことが良い。
【００２７】
またバリア層４の上面には主導体層５が蒸着法やイオンプレーティング法、スパッタリング法、メッキ法等の薄膜形成技法により被着されており、該主導体層５は主として電気を通す通路として作用を奏する。
【００２８】
主導体層５は導通抵抗が極めて小さい金（Ａｕ）が使用され、その厚みは１μｍ未満であると薄膜多層配線２の導通抵抗が高くなって薄膜配線基板としては不向きとなる傾向にあることから１μｍ以上の厚み、より好適には４μｍ以上の厚みとすることが良い。
【００２９】
絶縁基板１上に形成された薄膜多層配線２は、これを構成する接着層３、バリア層４及び主導体層５の各々が薄膜形成技法により形成されることから薄膜多層配線２の微細化を可能とし、薄膜多層配線２の高密度化が達成し得る。
【００３０】
（配線側縁部の構造）
本発明の一実施形態の薄膜配線基板にあっては、配線間のショートやマイグレーションを抑制するために、薄膜多層配線２の側縁部が以下のような構造に形成されている。
【００３１】
図１から図４に示す薄膜配線基板おいて、上面視（矢視Ａ）で、主導体層５の上面端縁の位置５１が、バリア層４の上面端縁４１より内側にあり、バリア層４の上面端縁４１の位置が接着層３の上面端縁３１より内側にあるとともに、接着層３の上面端縁３１の位置が、接着層３の下面端縁２１より内側にある。
主導体層５の側面５２は傾斜しており、主導体層５の下面端縁の位置がバリア層４の上面端縁４１に一致している。
バリア層４の側面４２は傾斜しており、バリア層４の下面端縁の位置は接着層３の上面端縁３１に一致している。
接着層３の側面３２は傾斜しており、接着層３の下面端縁の位置は絶縁基板１の上段面２０の端縁２１に一致している。
かかる構造によれば、主導体層５上に素子などを実装した際に、半田が配線２の側面に回り込むが、主導体層５の側面に傾斜がついていることで側面長が長いため、配線２のショートやマイグレーションが抑制される。
傾斜がついていることで、隣り合う配線２，２の上端部間の距離が長くなり、実装時の半田のショート発生が抑制される。
主導体層５とバリア層４の界面の面積と、バリア層４と接着層３の界面の面積とを比較すると、バリア層４と接着層３の界面の面積の方が大きいので、半田成分の拡散抑制効果が高く得られる。
【００３２】
さらに図１に示すように主導体層５の上面端縁５１とバリア層４の上面端縁４１との間の距離５３が、バリア層４の上面端縁４１と接着層３の上面端縁３１との間の距離４３より長いことが好ましい。
かかる構造によれば、主導体層５上に素子などを実装した際に、半田が配線２の側面に回り込むと、半田濡れ性の高い主導体層５の側面に半田をより多く保持でき、半田濡れ性の無いバリア層４の側面で弾かれるので、配線のショートやマイグレーションが抑制される。
【００３３】
また図２に示すように主導体層５、バリア層４、接着層３の側面において、各層の上面端縁を結んだ仮想線分Ｌ１，Ｌ２に対し、縦断面視で凹状となる凹部４４，５４を有することが好ましい。仮想線分Ｌ１は、２つ端縁５１，４１を結んだ仮想線分である。仮想線分Ｌ２は、２つの端縁４１，３１を結んだ仮想線分である。仮想線分Ｌ３は、２つの端縁３１，２１を結んだ仮想線分である。
かかる構造によれば、深さの大きい凹部４４，５４があることで、配線２の側面長が長くなり側面に回り込んだ半田のショートやマイグレーションが抑制される。
一つの凹部４４（５４）は複数層に跨らずに各層の側面内に収めて設けることが好ましい。バリア層４の側面に一の凹部４４が設けられ、主導体層５の側面に他の凹部５４が設けられる。
このような凹部４４，５４があることで、主導体層５とバリア層４との界面の配線端縁付近が肉薄になり、変形しやすくなるため、応力が緩和され、主導体層５やバリア層４の剥がれが抑制される。
【００３４】
また図３に示すように一の凹部４４がバリア層４の側面全体に設けられ、他の凹部３４が接着層３の側面全体と設けられていることが好ましい。
図２に示した構造よりもさらに配線２の側面長が長くなるため、半田のショートやマイグレーションを抑制できる。
【００３５】
また図４に示すように仮想線分Ｌ２からのバリア層４の凹部４４の深さが、仮想線分Ｌ３からの接着層３の凹部３４の深さよりも大きいことが好ましい。
かかる構造によれば、半田拡散防止機能の高いバリア層４の凹部４４が大きいことで、半田のショートやマイグレーションをより効果的に抑制できる。
【００３６】
また図１に示すように縦断面視で、主導体層５の上面端縁５１とバリア層４の上面端縁４１とを結んだ仮想線分Ｌ１と、バリア層４の上面端縁４１と接着層３の上面端縁３１とを結んだ仮想線分Ｌ２とが配線２の内部側につくる角度αが鈍角（９０度より大きく１８０度より小さい角）であることが好ましい。
かかる構造によれば、主導体層５の側面長が長くなるため、半田のショートを抑制できるとともに、半田実装面積に対しバリア層４の面積が大きくなるので、半田成分の拡散抑制を図ることができる。
【００３７】
また図１に示すように絶縁基板１は、接着層３の下面が接合する上段面２０に対して低くされた下段面１０を有すること、上面視（矢視Ａ）で、接着層３の下面端縁が上段面２０の端縁２１にあるとともに、上段面２０に近接する下段面１０の端縁１１より内側にあることが好ましい。
かかる構造によれば、薄膜多層配線２に生じる応力を、上段面２０から下段面１０にかけての絶縁基板１の段部（凸部）が変形して緩和し、その結果、絶縁基板１と薄膜多層配線２との間の膜剥がれが抑制される。
【００３８】
また図１に示すように絶縁基板１の上段面２０と下段面１０とを繋ぐ側面２２は、縦断面視で、接着層３の上面端縁３１から接着層３の下面端縁２１に通した仮想半直線Ｌ４上にあることが好ましい。
接着層３の側面３２から水分が側面２２に沿って円滑に下段面１０まで落下しやすく、水分が配線２の側縁部に溜まることなく配線２に接触しない底位置に捌けるので、耐マイグレーション性が向上する。
【００３９】
（製造方法）
次に、以上の薄膜配線基板を製造する方法につき説明を加える。
上述したように所定形状の絶縁基板１上に薄膜形成技法によって接着層３、バリア層４、主導体層５を順次被着形成する（図５(a)(b)）。
次に、図５(c)に示すように配線パターンに対応したレジストマスク６を主導体層５上に形成し、図５(d)に示すように薄膜多層配線２となる部分の隣接領域の接着層３、バリア層４及び主導体層５並びに絶縁基板１の表面をドライエッチングし、その後、図５(e)に示すようにレジストマスク６を除去して薄膜多層配線２を得る。
【００４０】
図５(d)のドライエッチングにおいては、反応性イオンエッチング (Reactive Ion Etching; RIE)を適用する。
反応性イオンエッチングでは、反応室内でエッチングガスに電磁波などを与えプラズマ化し、同時に試料を置く陰極に高周波電圧を印加する。すると試料とプラズマの間に自己バイアス電位が生じ、プラズマ中のイオン種やラジカル種が試料方向に加速されて衝突する。その際、イオンによるスパッタリングと、エッチングガスの化学反応が同時に起こり、微細加工に適した高い精度でのエッチングが行える。
イオンによるスパッタリングは異方性の強い物理エッチング、エッチングガスの化学反応は等方性の化学エッチングであり、反応性イオンエッチングは、これらを組み合わせた微細加工技術である。
反応性イオンエッチングの進捗により、主導体層５、バリア層４、接着層３の順でエッチングされる。反応性イオンエッチングの進捗に従い露出する層の材質のエッチング特性（参考表I，表II）に応じて反応性イオンエッチングにおける異方性と等方性を制御することで、薄膜多層配線２の側面の傾斜や凹部の形成を行うことができる。
【００４１】
主導体層５を構成するＡｕなどにおいては化学反応性に乏しいため、化学エッチングによる凹部形成は難しい。そのため、イオン７が図６に示すような垂直ではなく、Ａｒなどのガス圧を上げて図７(a)に示すようにプラズマ中の散乱確率を上げることでワークに対して傾斜した角度をもって入射する割合が増加するように（すなわち、等方性が強くなるように）制御する。そうすると図７(b)に示すように主導体層５のＡｕのエッチングがレジスト６の下にまわり込むような、エッチングになり傾斜面や凹部が形成される。
【００４２】
図２に示すような局所的な凹部（４４，５４）を形成したい場合は、エッチングプロセス中の部分的な時間だけにおいてガス圧を上げる（すなわち、等方性を上げる）ことでＡｒイオンの入射角度が変わり、局所的な凹部（４４，５４）を形成することができる。
以上は、主導体層５、バリア層４、接着層３のすべてに共通した形成方法として適用できる。
【００４３】
また、バリア層４を構成するＰｔ、Ｐｄなどは化学反応をするため、化学エッチングでも凹部が形成できる。
主導体層５をＡｒイオンなどで物理エッチングした後、ガス雰囲気をＣＦ４に切り替えて、化学エッチングに変更することで、異方性エッチングから等方性エッチングに切り替わり、バリア層４の側面に凹部を形成することが可能になる。
【００４４】
＜具体的な加工条件について＞
具体的な加工条件の一例としては、ＩＥ（２周波励起型の反応性イオンエッチング装置）又はＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma:容量結合プラズマ）方式のＲＩＥにより、Ｃ３Ｆ８ガス、ＣＦ４ガス及びＡｒガス（Ｃｌ２／Ｃ３Ｆ８／Ａｒ）の混合ガスを使用し、レジスト６をマスクとして、薄膜３，４，５をドライエッチングし、薄膜多層配線２を形成する。ＩＣＰにて、圧力＝０．５〜５Ｐａ、ソースパワー＝５００〜１０００Ｗ、バイアスパワー＝２００Ｗ〜５００Ｗが適用できる。
【００４５】
【表１】
2019024063.tif 000003
Ａｕ，Ｐｄはスパッタチング率が大きいので、メカニカルなエッチングが進行しやすい。つまりガス圧を上げて、Ａｒイオンを散乱させ物理エッチングで凹部を形成する方が良い。
【００４６】
【表２】
2019024063.tif 000004
Ｐｔは融点の低いフッ化物をつくるので、化学なエッチングで凹部を作るとよい。
【符号の説明】
【００４７】
１     絶縁基板
２     薄膜多層配線
３     接着層
４     バリア層
５     主導体層
６     レジストマスク
３４   凹部
４４   凹部
５４   凹部
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３     仮想線分
α     角度
【図１】
2019024063.tif 000005
【図２】
2019024063.tif 000006
【図３】
2019024063.tif 000007
【図４】
2019024063.tif 000008
【図５】
2019024063.tif 000009
【図６】
2019024063.tif 000010
【図７】
2019024063.tif 000011