(57)【要約】【課題】ＬＳＩ多層配線基板へのダメージを与えず、該ＬＳＩ多層配線内部の金属配線と絶縁層の密着強度を改善する方法を提供する。【解決手段】金属製配線を該配線の線膨張係数より小さい線膨張係数を持つ絶縁像で囲む構成物において、該構成物に加熱および冷却を繰返すことによって、金属製配線と絶縁層との密着強度を改善することを見出した。本構成物の代表例はＬＳＩ多層配線基板であり、配線基板中の金属製配線と絶縁層との密着強度が改善できる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製配線を該配線の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する絶縁像で囲んだ構成に対して加熱と冷却とを繰り返すことによって、該金属製配線と該絶縁層との密着強度を改善する方法。
【請求項２】
加熱および冷却の繰り返し回数を１０００回以上とする、請求項１に記載の密着強度を改善する方法。
【請求項３】
前記金属製配線が主にＣｕからなり、前記絶縁層がＳｉＯ２あるいはＳｉＮである、請求項１または２に記載の密着強度を改善する方法。
【請求項４】
前記金属製配線と絶縁層とがＬＳＩ多層配線基板を構成する、請求項１〜３のいずれかに記載の密着強度を改善する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属配線が絶縁層にてパッケージングされたＬＳＩ多層配線基板に対して加熱および冷却を繰返すことで金属配線と絶縁層の密着強度を改善する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ多層配線基板は、ミクロンあるいはサブミクロンオーダーの微細なＣｕ配線がＳｉＮやＳｉＯ２のような絶縁層に囲まれ、かつそれらが３次元的に積層された構造をもつ。また、多くのＬＳＩ多層配線基板のＣｕ配線は、絶縁層に覆われた拘束状態で存在している。近年の機械製品の小型化や高性能化に伴い、このＬＳＩ多層配線構造は、より微細化および複雑化してきた。それに伴い、ＬＳＩ多層配線構造の信頼性向上が求められている。ＬＳＩ多層配線構造の破壊要因の一つに絶縁層とＣｕ配線の界面剥離が挙げられる。そのため、ＬＳ多層配線構造の信頼性を向上させるためにも絶縁層とＣｕ配線の密着強度の向上が必要とされている（非特許文献１）。
【０００３】
これまで、ＬＳＩ多層配線基板における絶縁層と配線の密着強度を向上させる手段としては、絶縁層の種類を変えることや配線構造を変えることで解決してきた（特許文献１、特許文献２）。しかし、ＬＳＩ多層配線のようなメッキで作製された微細なＣｕ配線と絶縁層の密着強度を改善する方法は提案されていない。これは、絶縁層の上にメッキにて作製されたＣｕ配線は、絶縁層との密着性が良いと考えられてきたことやこのような構造物に対して外力を加えることが困難であるためと考えられる。そのため、微細で複雑な構造をもつＬＳＩ多層配線の長寿命化や信頼性向上のためにも、Ｃｕ配線と絶縁層の密着強度を改善することが急務とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−５６９９１
【特許文献２】特許第５２８４１４６号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Shoji Kamiya, Nobuyuki Shishido, Shinsuke Watanabe, Hisashi Sato, Kozo Koiwa, Masaki Omiya, Masahiro Nishida, Takashi Suzuki, Tomoji Nakamura, Takeshi Nokuo, Tadahiro Nagasawa: Surface & Coatings Technology, Vol. 215, (2013) pp. 280-284.
【非特許文献２】Hisashi Sato, Nobuyuki Shishido, Shoji Kamiya, Kozo Koiwa, Masaki Omiya, Masahiro Nishida, Takashi Suzuki, Tomoji Nakamura, Takeshi Nokuo: Materials Letters, in press. (DOI: 10.1016/j.matlet.2014.08.088)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、上記点に鑑みて、ＬＳＩ多層配線基板にダメージを与えず、該ＬＳＩ多層配線基板内部の金属配線と絶縁層の密着強度を改善する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、ＬＳＩ多層配線基板に温度サイクルを繰返すことによって、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、ＬＳＩ多層配線基板に加熱および冷却を繰返すことでＣｕ配線と絶縁層との密着強度を改善する方法が提供される。
【０００８】
［１］金属製配線を該配線の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する絶縁像で囲んだ構成に対して加熱と冷却とを繰り返すことによって、該金属製配線と該絶縁層との密着強度を改善する方法。
【０００９】
［２］前記加熱および冷却の繰り返し回数を１０００回以上とする、前記[１]に記載の密着強度を改善する方法。
【００１０】
［３］前記金属製配線が主にＣｕからなり、前記絶縁層がＳｉＯ２あるいはＳｉＮである、前記［１］または［２］に記載の密着強度を改善する方法。
【００１１】
［４］前記金属製配線と絶縁層とがＬＳＩ多層配線基板を構成する、前記［１］〜［３］に記載の密着強度を改善する方法。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】金属配線が絶縁層によって覆われることで拘束状態にあるときの模式図である。
【図２】ＬＳＩ多層配線基板の断面図を模式的に描いた図である。
【図３】加熱・冷却のプロセスを模式的に描いた図である。
【図４】ＬＳＩ多層配線基板におけるＣｕ配線と絶縁層の密着強度を加熱・冷却回数を変数としてまとめたグラフである。
【図５】ＬＳＩ多層配線基板への温度サイクル試験に伴うＣｕ配線の結晶粒分布を示す顕微鏡写真である。この顕微鏡写真は、電子線後方散乱回折法にて得られた結晶粒分布図であり、同一コントラストの領域が一つの結晶粒であることを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１４】
本発明のＬＳＩ多層配線構造における金属配線と絶縁層との密着強度を改善するは、図１に示すように該絶縁層が該金属配線を覆うことで該金属配線の拘束状態を作製し、該ＬＳＩ多層配線構造に対して、−２００℃〜３００℃、より好ましくは−１００℃〜２００℃の温度範囲で加熱・冷却を繰返すことによって行われる。該繰返し回数は１０００回以上であることが好ましい。また、加熱速度および冷却速度を大きくすることが好ましく、加熱速度としては２４℃／分以上、冷却速度としては８℃／分以上が好ましい。さらに、該金属配線と該絶縁層との線膨張率の比が、金属配線の線膨張率／絶縁層の線膨張率が２０以上であることが好ましく、金属配線が主にＣｕ、絶縁層がＳｉＯ２であることが好ましく、この場合の線膨張率の比３３．６であり、この値より大きいことが特に好ましい。なお、金属製配線は主に純度９９％以上のＣｕであるが、純度９９％以上のＡｌあるいはＡｕでもよい。一方、絶縁層はＳｉＮ、あるいはＳｉＯ２とＳｉＮの複合材でもよい。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００１６】
金属配線として幅２０μｍ、厚み５００ｎｍのＣｕおよび絶縁層としてＳｉＯ２およびＳｉＮが積層された構造である、図２に示すＬＳＩ多層配線基板に対して、加熱および冷却を繰返す温度サイクル試験を行った。該温度サイクル試験における加熱および冷却条件の模式図を図３に示す。該加熱温度および該冷却温度は、それぞれ１５０℃および−７０℃である。また、加熱開始から冷却終了まで１サイクルの時間を４５分とした。該温度サイクル試験後のＬＳＩ多層配線基板におけるＣｕ配線／絶縁層の密着強度と温度サイクル試験の繰返し回数との関係を図３に示す。この結果より、温度サイクル回数１０００回までは密着強度が低下するが、それ以上の温度サイクル試験を施すと密着強度は改善した。
【００１７】
非特許文献２によると、ＬＳＩ多層配線基板中のＣｕ配線に大きな残留応力が存在している。これは、配線と絶縁層の間で線膨張係数が異なるため、加熱および冷却時に熱膨張および熱収縮の差が配線と絶縁層の間に生じることに起因する。その結果、図５に示すように該ＬＳＩ多層配線基板中の該Ｃｕ配線は、温度サイクル試験に伴う再結晶にて結晶粒が微細化した後、該結晶粒が粗大化する。それに伴い、該Ｃｕ配線と該絶縁層の界面では、温度サイクル試験によって該界面部に存在する該Ｃｕ配線の結晶粒界の量が多くなり、その後の該結晶粒の粗大化にて該界面部に存在する該Ｃｕ配線の該結晶粒界の量が少なくなる。さらに、非特許文献１では、該Ｃｕ配線の粒界が存在する該界面部においてＣｕ配線／絶縁層界面での密着強度が小さく、該Ｃｕ配線の粒界が存在しない該界面部におけるＣｕ配線／絶縁層界面での密着強度が大きいことが述べられている。その結果、ＬＳＩ多層配線基板に対して、加熱および冷却の繰返しである温度サイクル試験をある一定回数だけ施すと、絶縁層およびＣｕ配線の密着強度が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、ＬＳＩ多層配線基板、その他精密部品、あるいは複合材料における金属層と絶縁層、あるいは母相と第二相の密着強度を向上させることに利用できる。
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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