(57)【要約】【課題】高速情報処理用デジタル集積回路チップ内およびそのチップを搭載するためのパッケージ、モジュール、ボードなどの実装系内における多層配線の作製工程について、絶縁層として使用される溶媒可溶性有機材料により薄膜を形成する場合について、その薄膜を多層化する際に必要な、有機膜の表面処理方法を提案する。【解決手段】絶縁層として使用される溶媒可溶性有機材料を用いて、スピン塗布などの薄膜形成方法により薄膜を形成する場合について、その薄膜を多層化する際に、第１層の上に第２層を形成する際に、第１層が第２層の塗布時に溶媒に溶けて、薄膜形成時に膜厚が想定される値より大幅に減少し、また、膜厚分布が極端に悪化する問題に対して、第１層の表面をプラズマイオン、電子線、Ｄｅｅｐ−ＵＶなどの単一あるいは複数の粒子線および光の照射により改質し、溶媒に対して不可溶性にすることにより、第２層を形成する際に、第１層が第２層の塗布時に溶媒に溶けないようにしたことを特徴とする有機膜の表面処理方法である。特に、高温プロセスを用いないで、第１層の表面を不可溶にすることを特徴とする。【選択図】　　図１
2004047744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路チップ内およびそのチップを搭載するためのパッケージ、モジュール、ボードなどの実装系内における多層配線の作製工程に関して、絶縁層として使用される溶媒可溶性有機材料を用いて、スピン塗布などの薄膜形成方法により薄膜を形成する場合について、その薄膜を多層化する際に、第１層の上に第２層を形成する際に、第１層の表面をプラズマイオン、電子線、Ｄｅｅｐ−ＵＶなどの単一あるいは複数の粒子線および電磁波の照射により改質し、溶媒に対して不可溶性にすることにより、第２層を形成する際に、第１層が第２層の塗布時に溶媒に溶けないようにしたことを特徴とする、有機薄膜の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速情報処理用デジタル集積回路チップ内およびそのチップを搭載するためのパッケージ、モジュール、ボードなどの実装系内における多層配線の作製工程に関するもので、絶縁層として使用される溶媒可溶性有機材料を用いて、スピン塗布などの薄膜形成方法により薄膜を形成する場合について、その薄膜を多層化する際に、第１層の上に第２層を形成する際に、第１層が第２層の塗布時に溶媒に溶けて、薄膜形成時に膜厚が想定される値より大幅に減少し、また、膜厚分布が極端に悪化する問題に対して、第１層の表面を不可溶とするための表面処理方法に関するものである。特に、高温プロセスを用いないで、第１層の表面を不可溶にすることを特徴とする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、集積回路チップ内およびチップを搭載するためのパッケージ、モジュール、ボードなどの実装系内における多層配線では、絶縁層として、チップ内では、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、また、実装系内では、エポキシ、ポリイミド、液晶ポリマー、テフロン（登録商標）などの有機材料による薄膜が一般に用いられている。特に、ポリイミドは、高い耐熱性と良好な絶縁特性を有するため、これを用いて多くの研究開発が行われてきた。一般にポリイミドは、溶媒に不可溶で、その前駆体であるポリアミック酸の状態で、溶媒可溶である。しかし、ポリアミック酸は、ポリイミドにするために３５０℃程度の高温で脱水重合させる必要があった。
【０００３】
さらに、ポリアミック酸からポリイミドを形成するのに必要な高温プロセスでは、膜全体において分子間の架橋を促進するため、体積の減少を引き起こし、膜厚の大幅な減少と膜内部の応力発生が問題となっていた。また、感光材を付与した、感光性ポリイミドでは、微細なパターンを形成した後に高温プロセスを行うため、パターン寸法の大幅な変動をもたらし、微細なパターン形成の妨げとなっていた。
【０００４】
これに対して、ポリイミドの状態で溶媒可溶性を有するポリイミド材料が開発されており、その材料にジアゾナフトキノン系の感光材を添加した、感光性ポリイミドにおいては、紫外線リソグラフィ工程によるパターン形成後の高温脱水重合プロセスが不要となり、従来より１桁以上微細なパターンの形成が可能となっている。例えば、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＳＰＩＥ　Ｖｏｌ．　４３４５　（２００１），　ｐｐ．１０７３−１０７８に高解像度のポジ型感光性を有する可溶性ポリイミドが記載されている。
【０００５】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、可溶性ポリイミドなどの溶媒可溶性有機材料を用いて、スピン塗布とベーキングからなる薄膜形成方法により薄膜を形成する場合において、その薄膜を多層化する際に、第１層の上に第２層を形成する際に、第１層が第２層の塗布時に溶媒に溶けて、薄膜形成時に膜厚が想定される値より大幅に減少し、また、膜厚分布が極端に悪化する問題がある。
図３に上記文献に記載されている可溶性ポリイミドを用いて、第１層の薄膜形成におけるベーキング温度を変えて、第２層を形成したときの３インチ径ウエハ基板内の膜厚分布を示す。膜厚は、第１層の初期膜厚を基準として、規格化した値を示している。値が１の時は、第２層形成した後でも初期膜厚が保たれている状況であり、値が０の時は、初期膜厚のすべてが溶けて失われた状況を意味する。ここで、ベーキング温度は、１１０℃から２９２℃まで変化させており、ベーキング時間は、２分である。この図から、ガラス転移温度Ｔｇ（＝２７５℃）より高い２９２℃の時、第１層の表面が不溶性となり、膜厚分布が均一になることが分かる。しかし、Ｔｇより高い温度では、微細パターンを形成した後には、パターンの劣化が問題となる。
本発明は、溶媒可溶性有機材料を用いて、薄膜を多層化する際にできるだけ温度を上げることなく、膜厚の再現性を向上させるとともに、膜厚分布を均一にすることを目的としている。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明では、スピン塗布とベーキングからなる薄膜形成方法により絶縁膜を形成する場合について、その薄膜を多層化する際に、第１層の表面をプラズマイオン、電子線、Ｄｅｅｐ−ＵＶなどの単一あるいは複数の粒子線および光の照射により改質し、溶媒に対して不可溶性にすることにより、第２層を形成する際に、第１層が第２層の塗布時に溶媒に溶けることを防ぐものである。
【０００７】
本発明の表面処理方法は、できる限り温度を上げないで行うことを目的としているので、試料を十分に冷却するとともに、プラズマイオン、電子線、Ｄｅｅｐ−ＵＶなどのエネルギー値は、表面改質効果がある値の範囲内でできるだけ低い値を用いることとする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１および図２に示す。図１は、溶媒可溶性ポリイミドによる多層膜形成の実施例を示しており、図２は、感光性を有する溶媒可溶性ポリイミドにより、埋め込み配線構造を作製する実施例を示している。
図１により、２層の多層膜形成について、以下に説明する。
ａ）　基板上に溶媒可溶性ポリイミドの溶液を適当な量滴下し、スピン塗布を行った後、乾燥炉でベーキングを行って、ポリイミド膜を形成する。その膜厚は、ポリイミド溶液の濃度とスピンの回転速度により、その値を制御する。ベーキングは、乾燥炉で１００℃から１５０℃の温度範囲で１０分以上の時間で行う。なお、ホットプレートまたは真空乾燥炉を用いれば、乾燥時間を短縮することができる。
ｂ）　ａ）で形成したポリイミド膜の表面をプラズマイオン、電子線、Ｄｅｅｐ−ＵＶなどの単一あるいは複数の粒子線および光の照射により処理を行い、溶媒不溶性に改質する。
ｃ）　ａ）と同様の方法でポリイミド膜を形成する。
ｄ）　ｂ）と同様の方法でポリイミド膜の表面を処理する。
ｅ）　ａ）と同様の方法でポリイミド膜を形成する。
【０００９】
ここで、プラズマイオン照射の条件は、Ａｒガスを用いた場合、ガス圧力０．５から２Ｐａ、ガス流量３０ｓｃｃｍ、高周波電力１０から５５Ｗ、自己直流バイアス電圧１００から３００Ｖ、照射時間１から５ｍｉｎで行う。また、ＣＦ４ガスを用いた場合、ガス圧力２から２０Ｐａ、ガス流量３０ｓｃｃｍ、高周波電力２０から１００Ｗ、自己直流バイアス電圧０から１００Ｖ、照射時間１から５ｍｉｎで行う。
電子線照射の条件は、加速電圧２０から５０ＫＶの電子線により、照射線量１００から１０００Ｋｇｙで行う。
Ｄｅｅｐ−ＵＶ照射の条件は、５００　ＷのＤｅｅｐ−ＵＶランプを用いて、照射時間１から５ｍｉｎで行う。
【００１０】
図４に第１層の表面をＡｒプラズマ照射により表面処理を行った場合に、第２層を形成した時の３インチ径ウエハ基板内の規格化された膜厚の分布を示す。照射の条件は、ガス圧力１Ｐａ、ガス流量３０ｓｃｃｍ、高周波電力５５Ｗ、自己直流バイアス電圧３００Ｖ、照射時間１から１０ｍｉｎである。照射時間によらず第１層は不溶性となり、第１層の初期膜厚と均一性が保持されていることが分かる。
【００１１】
図２により、埋め込み配線構造の作製について、以下に説明する。
ａ）　基板上にブロック共重合法により合成された高解像度感光性を有する溶媒可溶性ポリイミドの溶液を適当な量滴下し、スピン塗布を行った後、乾燥炉でベーキングを行って、ポリイミド膜を形成する。その膜厚は、ポリイミド溶液の濃度とスピンの回転速度により、その値を制御する。ベーキングは、乾燥炉で１００℃から１５０℃の温度範囲で１０分以上の時間で行う。ホットプレートまたは真空乾燥炉を用いれば、乾燥時間を短縮できる。ここで、ブロック共重合は、モノマーから分子量の比較的小さいブロック単位のポリマーを合成し、さらに、モノマーを加えて、ブロック同士を結合させながら、最終的に大きい分子量のポリマーを合成する方法である。
ｂ）　紫外線により配線パターンを露光する。現像を行った後、乾燥炉でべーキングを行う。
ｃ）　フォトレジストをスピン塗布し、ｂ）のパターンに正確に重なるように、紫外線により配線パターンを露光する。現像を行った後、乾燥炉でベーキングを行う。その後、配線用の金属膜を真空蒸着法、スパッタ法、メッキ法などにより堆積する。
ｄ）　溶媒中でリフトオフ法により、レジストに堆積した金属膜とレジストを除去する。平坦化された絶縁層埋め込み配線構造が完成する。
ｅ）　形成された絶縁層埋め込み配線構造の表面をプラズマイオン、電子線、Ｄｅｅｐ−ＵＶなどの単一あるいは複数の粒子線および光の照射により処理を行い、絶縁層表面を溶媒不溶性に改質する。
ｆ）　ａ）と同様の方法で感光性ポリイミド膜を形成する。
【００１２】
なお、図１、２については、ポリイミド材料を例として、実施例を挙げたが、本発明は、絶縁層として利用可能な溶媒可溶性を有する高分子材料であれば、十分に適用可能である。
【００１３】
図１の実施例は、基本的な３層構造について、図２の実施例は、埋め込み型の２層構造について、説明しているが、これらの手順を繰り返すことにより、２、３層以上の多層化が実現可能である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、多層微細配線の作製に関して、スピン塗布とベーキングからなる薄膜形成方法により絶縁膜を形成する場合について、その薄膜を２層以上の多層化を実施する際に、第１層の表面をプラズマイオン、電子線、Ｄｅｅｐ−ＵＶなどの単一あるいは複数の粒子線および光の照射により改質し、溶媒に対して不可溶性にすることにより、第２層を形成する際に、第１層が第２層の塗布時に溶媒に溶けることを防ぐことができる。これにより、第２層以上の薄膜について、膜厚について、再現性と均一性を大幅に改善することができる。したがって、高精度にインピーダンス制御されたデジタル高速信号伝送に適する多層微細配線を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態として、溶媒可溶性ポリイミド膜の２層膜を形成する工程に関する工程フロー図。
【図２】本発明の実施形態として、感光性を有する溶媒可溶性ポリイミド膜を用いて、埋め込み配線を有する、２層膜を形成する工程に関する工程フロー図。
【図３】可溶性ポリイミドを用いて、第１層の薄膜形成におけるベーキング温度を変えて、第２層を形成したときの３インチ径ウエハ基板内の規格化された膜厚の分布図・と膜厚測定点を示す図。
【図４】可溶性ポリイミドを用いて、第１層の表面をＡｒプラズマ照射により表面処理を行った場合に、第２層を形成した時の３インチ径ウエハ基板内の規格化された膜厚の分布図。
【図１】
2004047744.tif 000003
【図２】
2004047744.tif 000004
【図３】
2004047744.tif 000005
【図４】
2004047744.tif 000006