(57)【要約】【課題】多層配線構造の配線同士の接続不良を抑制すると共に、簡便なプロセスで作製できる多層配線構造用のビアホールの製造方法、並びに、それを利用した多層配線構造の形成方法を提供すること。また、多層配線構造の配線同士の接続不良が抑制された多層配線構造用のビアホールを提供すること【解決手段】水性又は油性の液滴を、下層の一部に付着させる工程と、水性又は油性のうち前記液滴とは異なる性質の層間絶縁膜形成用塗布液を前記下層上の全面に塗布して、前記液滴が付着した領域以外に層間絶縁膜を形成すると共に、前記液滴が付着した領域にビアホールを形成する工程と、を有することを特徴とする多層配線構造用のビアホールの形成方法である。【選択図】図３
2009238950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性又は油性の液滴を、下層の一部に付着させる工程と、
水性又は油性のうち前記液滴とは異なる性質の層間絶縁膜形成用塗布液を前記下層上の全面に塗布して、前記液滴が付着した領域以外に層間絶縁膜を形成すると共に、前記液滴が付着した領域にビアホールを形成する工程と、
を有することを特徴とする多層配線構造用のビアホールの形成方法。
【請求項２】
前記液滴が水性の液滴であり、且つ前記層間絶縁膜形成用塗布液が油性の塗布液であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線構造用のビアホールの形成方法。
【請求項３】
水性又は油性の液滴を、第１配線層上の一部に付着させる工程と、
水性又は油性のうち前記液滴とは異なる性質の層間絶縁膜形成用塗布液を前記第１配線層上の全面に塗布して、前記液滴が付着した領域以外に層間絶縁膜を形成すると共に、前記液滴を除去して当該液滴が付着した領域にビアホールを形成する工程と、
第２配線層を前記層間絶縁膜上の一部に形成すると共に前記ビアホールに埋め込むんで形成し、前記第１配線層と前記第２配線層とを前記ビアホールを通じで電気的に接続する工程と、
を有することを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項４】
前記液滴が水性の液滴であり、且つ前記層間絶縁膜形成用塗布液が油性の塗布液であることを特徴とする請求項３に記載の多層配線構造の形成方法。
【請求項５】
層間絶縁膜に形成される多層配線構造用のビアホールであって、
開口径が一方の開口から他方の開口にかけて漸次増加すると共に、他方の開口縁が層間絶縁膜面よりも突出せず曲面状に形成されてなる、ことを特徴とする多層配線構造用のビアホール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線構造用のビアホール及びその形成方法、並びに、多層配線構造の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体デバイスを小型化及び高集積化するための技術や、半導体デバイスを実装する回路基板、フレキシブルディスプレイを駆動するバックプレーン基板等を作製する技術として、多層配線構造が提案されている。こ
【０００３】
そして、層間絶縁膜にビアホールを形成して多層配線構造を作製する手法として、インクジェット法などの印刷技術を利用することが提案されている。具体的には、ポスト法（例えば特許文献１）、溶解法（例えば特許文献２、３）が提案されている。
【０００４】
ポスト法は、下層配線上のビアホール形成位置に、メタルインク等を印刷してポストを形成し、このポストの上面が露出するように層間絶縁膜を形成する。露出したポスト上面に接続するように上層配線を形成することにより、多層配線が完成する。
【０００５】
一方、溶解法は、下層配線上の全面に層間絶縁膜を形成する。下層配線上のビアホール形成位置に、層間絶縁膜を溶解する溶媒を印刷して層間絶縁膜にビアホールを形成する。ビアホール部に露出した下層配線に接続するように上層配線を形成することにより、多層配線が完成する。
【特許文献１】特許３９２５２８３
【特許文献２】特表２００４−５１２６４２
【特許文献３】特許４０２００７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、多層配線構造の配線同士の接続不良を抑制すると共に、簡便なプロセスで作製できる多層配線構造用のビアホールの製造方法、並びに、それを利用した多層配線構造の形成方法を提供することである。また、多層配線構造の配線同士の接続不良が抑制された多層配線構造用のビアホールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項１に係る発明は、
水性又は油性の液滴を、下層の一部に付着させる工程と、
水性又は油性のうち前記液滴とは異なる性質の層間絶縁膜形成用塗布液を前記下層上の全面に塗布して、前記液滴が付着した領域以外に層間絶縁膜を形成すると共に、前記液滴が付着した領域にビアホールを形成する工程と、
を有することを特徴とする多層配線構造用のビアホールの形成方法である。
【０００８】
請求項２に係る発明は、
前記液滴が水性の液滴であり、且つ前記層間絶縁膜形成用塗布液が油性の塗布液であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線構造用のビアホールの形成方法である。
【０００９】
請求項３に係る発明は、
水性又は油性の液滴を、第１配線層上の一部に付着させる工程と、
水性又は油性のうち前記液滴とは異なる性質の層間絶縁膜形成用塗布液を前記第１配線層上の全面に塗布して、前記液滴が付着した領域以外に層間絶縁膜を形成すると共に、前記液滴を除去して当該液滴が付着した領域にビアホールを形成する工程と、
第２配線層を前記層間絶縁膜上の一部に形成すると共に前記ビアホールに埋め込むんで形成し、前記第１配線層と前記第２配線層とを前記ビアホールを通じで電気的に接続する工程と、
を有することを特徴とする多層配線構造の形成方法である。
【００１０】
請求項４に係る発明は、
前記液滴が水性の液滴であり、且つ前記層間絶縁膜形成用塗布液が油性の塗布液であることを特徴とする請求項３に記載の多層配線構造の形成方法である。
【００１１】
請求項５に係る発明は、
層間絶縁膜に形成される多層配線構造用のビアホールであって、
開口径が一方の開口から他方の開口にかけて漸次増加すると共に、他方の開口縁が層間絶縁膜面よりも突出せず曲面状に形成されてなる、ことを特徴とする多層配線構造用のビアホールである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、多層配線構造の配線同士の接続不良を抑制すると共に、簡便なプロセスで作製できる。
請求項２に係る発明によれば、層間絶縁膜の組成への影響を低減して簡易に液滴が除去できる。
請求項３に係る発明によれば、多層配線構造の配線同士の接続不良を抑制すると共に、簡便なプロセスで作製できる。
請求項４に係る発明によれば、層間絶縁膜の組成への影響を低減して簡易に液滴が除去できる。
請求項５に係る発明によれば、多層配線構造の配線同士の接続不良が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、実質的に同一の機能・作用を有する部材には、全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
【００１４】
図１は、実施形態に係る多層配線構造を示す概略平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１５】
本実施形態に係る多層配線構造１００は、図１及び図２に示すように、基板１０上に第１配線層１２と、第１層間絶縁膜１４と、第２配線層１６と、第２層間絶縁膜１８と、が順次形成されている。そして、第１配線層１２と第２配線層１６とは、交差して形成されており、層間絶縁膜により絶縁・隔離されると共に、第１層間絶縁膜１４設けられたビアホール２０を通じて接触して電気的な接続が図られている。なお、図示しないが、第１配線層１２と第２配線層１６との接続部にはバリアメタル層が配設されていてもよい。
【００１６】
ビアホール２０は、第１層間絶縁膜１４をその厚み方向に貫通する貫通孔からなっている。ビアホール２０は、開口径が底部（一方の開口：第１配線層１２側開口）から上部（他方の開口：第２配線層１６側開口）にかけて漸次増加する形状となっている。そして、ビアホール２０は、上部側の開口縁が、第１層間絶縁膜の面（第２配線層１６形成面）よりも突出せず曲面状に形成されてなる。つまり、ビアホール２０を構成する第１層間絶縁膜壁面は、底部から上部にかけて曲面を構成しつつ、且つ当該面から上方へ突出することなく、第１層間絶縁膜１４上面（第２配線層形成面）へ連なっている。
【００１７】
次に、本実施形態に係る多層配線構造１００の形成方法について説明する。図３は、本実施形態に係る多層配線構造の形成工程を示す工程図である。
【００１８】
まず、図３（Ａ）に示すように、基板１０上に、第１配線層１２を形成する。この第１配線層１２は、公知の手法、例えば、レジストを塗布してマスクをかけ、露光後エッチングしてレジストに電極形成用の抜きパターン（開口）を形成する。そして、例えば、メッキやスパッタなどにより抜きパターンに金属膜（例えばアルミや銅等）を形成した後、レジストを除去することで形成される。また、第１配線層１２は、金、銀、銅などのナノメタル粒子を含むメタルインクを、インクジェット法などを利用して配線描画して形成させてもよい。
【００１９】
次に、図３（Ｂ）に示すように、インクジェット法等を利用して、例えば、０．１ｐｌ以上１０ｐｌ以下で水性溶液の液滴２２を第１配線層１２の一部に付着させる。ここで、水性溶液としては、水（純水、イオン交換水等）、低級アルコール（メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコール等）、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００２０】
次に、図３（Ｃ）に示すように、インクジェット法、スプレー法等を利用して、液滴２２が付着した第１配線層１２上の全面へ、油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａを塗布する。第１配線層１２が形成されていない基板１０上にも、油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａを塗布する。このとき、液滴が水性（親水性）であるのに対し、層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａが油性（疎水性）であり、互いに非相溶であることから、油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａは、水性の液滴２２が付着した領域を退けて形成される。つまり、油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａは、水性の液滴２２が付着した領域以外の領域に形成される。
【００２１】
ここで、油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａは、例えば、油性（疎水性）の層間絶縁膜用形成材料と、これを溶解する油性溶媒（疎水性溶媒）と、を含んで構成される。
油性（疎水性）の層間絶縁膜用形成材料としては、例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰｈ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などが挙げられる。
油性溶媒（疎水性溶媒）としては、例えば、クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン系有機溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルイソブチルケトン、などの非水溶性ケトン類、二硫化炭素などが挙げられる。
【００２２】
次に、図３（Ｄ）に示すように、第１層間絶縁膜１４を形成すると共に、水性の液滴２２を除去してビアホール２０を形成する。具体的には、アニール処理を施すことで、第１層間絶縁膜１４を形成すると共に、水性の液滴２２を除去してビアホール２０を形成する。ここで、第１層間絶縁膜１４の形成は、油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａから油性溶媒を除去することで形成される。油性溶媒の沸点は、一般的には１００℃以上であることから、第１層間絶縁膜１４を形成するためのアニール処理の温度は、１００℃以上で行う。一方で、一般的に、水性の液滴２２は沸点が１００℃以下の水性溶媒である。このため、当該第１層間絶縁膜１４を形成するためのアニール処理により、液滴２２の蒸発により除去され、当該液滴２２が付着した領域にビアホール２０が形成される。
【００２３】
次に、図３（Ｅ）に示すように、第２配線層１６を第１層間絶縁膜１４上の一部に形成すると共にビアホール２０に埋め込むんで形成する。第２配線層１６も、公知の手法、例えば、レジストを塗布してマスクをかけ、露光後エッチングしてレジストに電極形成用の抜きパターン（開口）を形成する。そして、例えば、メッキやスパッタなどにより抜きパターンに金属膜（例えばアルミや銅等）を形成した後、レジストを除去することで形成される。また、第２配線層１６は、金、銀、銅などのナノメタル粒子を含むメタルインクを、インクジェット法などを利用して配線描画して形成させてもよい。これにより、第１配線層１２と第２配線層１６とがビアホール２０を通じで電気的に接続すると共に、第１層間絶縁膜上に形成・配線される。
【００２４】
次に、図３（Ｆ）に示すように、第２配線層１６上と共に、第２配線層１６が形成されない第１層間絶縁膜１４上に、層間絶縁膜形成用塗布液を形成し、アニール処理を施し、第２層間絶縁膜１８を形成する。ここで、用いる層間絶縁膜形成用塗布液については特に制限はない。
【００２５】
このようにして、本実施形態に係る多層配線構造が形成される。
【００２６】
以上説明した本実施形態では、水性の液滴２２を第１配線層１２（下層）上に付着させた後、当該水性の液滴２２とは異なる性質の油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａを塗布している。そして、水性の液滴２２と油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａとの互いの非相溶性を利用することで、当該水性の液滴２２が付着した領域以外の領域に油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａを形成させ、第１層間絶縁膜１４を形成すると共に、当該水性の液滴２２が付着した領域にビアホール２０を形成している。このため、第１配線層１２上のビアホール２０形成部（第２配線層１６との接続部）には、液滴２２以外の材料が形成されることがない共に、この液滴２２は蒸発（洗浄なども含む）により除去されやすい。結果、ビアホール２０は、多層配線構造の配線同士の接続不良を抑制すると共に、簡便なプロセスで作製される。
【００２７】
また、水性の液滴２２と油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａとの互いの非相溶性を利用することで、油性の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａは、水性の液滴２２と反発するように形成される。このため、形成されるビアホール２０（ビアホール２０を構成する第１層間絶縁膜壁面）は、開口径が底部にかけて漸次増加すると共に、上部側の開口縁が、第１層間絶縁膜の面よりも突出せず曲面状に形成されてなる。
【００２８】
ビアホール２０が、この形状であることから、ビアホール２０を構成する第１層間絶縁膜壁面が上方からみたとき露出されることから、第１層間絶縁膜上面からビアホール２０底部（第１配線層露出部）にかけて遮るものがないことから、断線することなく第２配線層１６が形成される。一方で、ビアホール２０を構成する第１層間絶縁膜壁面に突出部が存在しないことから、この突出部により断線を考慮することなく、第２配線層１６が形成される。結果、多層配線構造の配線同士の接続不良が抑制される。
【００２９】
ここで、従来のポスト法では、ポストによりビアホールの上層配線層が、層間絶縁膜配線上の上層配線層よりも厚くなるので、上層配線層に更に重ねて多層配線を形成するときに、層間絶縁膜を厚くしなければならない。また、ポスト形成を含めると、３層の配線を形成する必要がるので、作製プロセスが煩雑になる。また、図４に示すように、ホスト法により形成されるビアホール２０Ａは、開口径が底部から上部にかけて小さくなる形成であり、上層配線（第２配線層１６）の断線を引き起こすこともある。一方、溶解法では、溶媒の形成条件（印刷条件）によっては、ビアホールに層間絶縁膜が溶解されずに残り、上下配線間の接続電気抵抗が高くなる。また、図５に示すように、溶解法により形成されるビアホール２０Ｂは、溶解した層間絶縁膜（第１層間絶縁膜１４）がビアホール２０Ｂの開口縁に盛り上がり（突出部）を形成し、この突出部により上層配線（第２配線層１６）の断線（段切れ）を引き起こすこともある。
【００３０】
したがって、本実施形態では、上記ポスト法や溶解法に比べても、ビアホール２０が、多層配線構造の配線同士の接続不良を抑制すると共に、簡便なプロセスで作製される。
【００３１】
なお、本実施形態では、水性（親水性）の液滴２２と、油性（疎水性）の層間絶縁膜形成用塗布液１４Ａと、を組み合わせた形態を説明したが、これに限られず、逆の組み合わせの形態であってもよい。即ち、油性（疎水性）の液滴２２と、水性（親水性）の層間絶縁膜形成用塗布液を組み合わせた形態であってもよい。
【００３２】
本形態の場合、例えば、以下の材料が適用される。また、油性の液滴２２の除去は、水性（親水性）の層間絶縁膜形成用塗布液を塗布・アニール処理を行った後、洗浄などにより行うことがよい。これら以外は、上記実施形態と同様である。
【００３３】
油性（疎水性）の液滴２２を構成する油性溶液は、例えば、クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン系有機溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルイソブチルケトン等の非水溶性ケトン類、二硫化炭素などが挙げられる。
水性（親水性）の層間絶縁膜形成用塗布液は、例えば、水性（親水性）の層間絶縁膜用形成材料と、これを溶解する水性溶媒（親水性溶媒）と、を含んで構成される。
水性（親水性）の層間絶縁膜用形成材料としては、例えば、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などが挙げられる。
水性溶媒（親水性溶媒）としては、例えば、水（純水、イオン交換水等）、低級アルコール（メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコール等）、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００３４】
ここで、「水性」とは、水へのなじみやすさ（親水性）を意味し、分配係数（ＬｏｇＰｏｗ）で１以上５未満のことを意味する。また、「油性」とは水へのなじみにくさ（疎水性）を意味し、分配係数で５以上のことをする。以下、同様である。
ここでいう分配係数とはｎ−オクタノール中の対象物質の濃度÷水中の対象物質の濃度を求め、これを常用対数（ＬｏｇＰｏｗ）で示したものであり、測定方法については、ＯＥＣＤ  Ｔｅｓｔ  Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ  １０７又は日本工業規格Ｚ７２６０−１０７（２０００）などに示されている。以下にその測定法の一例を示す。ｎ−オクタノールと水の比率及び被検物質の添加量は１）分配係数の予備試験で得られた分配係数の推定値、２）分析方法の感度から、水層及び１−オクタノール層の分析における必要な被験物質の量、３）水層及び１−オクタノール層中の被験物質の濃度は、０．０１ｍｏｌ／ｌ以下であり、かつ、それぞれの層の溶解度以下であること、４）平衡容器中に占める溶媒の全体積の割合は、ほぼ一杯（９０％以上）であること、の４つのパラメーターを考慮し決定する。混合した被検混合物質を２５±２℃に保ち５分間振とう機にて振とうし、遠心分離操作を行い水層とｎ−オクタノールを分離させる。それぞれの層のサンプルを注射器などで取り出し、被検物質に適した分析法にてそれぞれの層の濃度を測定する。上記の測定法の他、高速液体クロマトグラフィーやコンピューターによる計算などでも算出が可能である。
【００３５】
また、本実施形態では、配線層が２層構成の多層配線構造を説明したが、これに限られず、３層以上の多層配線構造であってもよい。また、配線層の断面形状、配設位置（領域）は、用途に応じて決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態に係る多層配線構造を示す概略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】実施形態に係る多層配線構造の形成工程を示す工程図である。
【図４】ポスト法により形成されるビアホールを示す概略断面図である。
【図５】溶解法により形成されるボアホールを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０   基板
１２   配線層
１４   層間絶縁膜
１４Ａ 層間絶縁膜形成用塗布液
１６   配線層
１８   層間絶縁膜
２０   ビアホール
２０Ａ ビアホール
２０Ｂ ビアホール
２２   液滴
１００ 多層配線構造
【図１】
2009238950.tif 000003
【図２】
2009238950.tif 000004
【図３】
2009238950.tif 000005
【図４】
2009238950.tif 000006
【図５】
2009238950.tif 000007