JP2507508B2 - 配線パタ―ンの形成方法 - Google Patents

配線パタ―ンの形成方法

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JP2507508B2 JP63006784A JP678488A JP2507508B2 JP 2507508 B2 JP2507508 B2 JP 2507508B2 JP 63006784 A JP63006784 A JP 63006784A JP 678488 A JP678488 A JP 678488A JP 2507508 B2 JP2507508 B2 JP 2507508B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜多層基板等に供する配線パターンの形成
法に係り、特に信頼性が高く、アスペクト比の高い配線
を高密度に形成するのに好適な配線パターンの形成方法
に関する。
〔従来の技術〕
従来、配線構造体の製造方法については、イクステン
デッド アブストラクツ オブ 167ス イー・シー・
エス ミーティング Vol85−1 p 311,1985(Extended A
bstracts of 167Th Meeting Vol85−1 pp 311,1985)に
おいて論じられている。この方法によれば、配線構造体
は先ず基板上にポリイミド膜を形成し、その上に後で溶
剤除去できる膜としてフォトレジスト(ノボラック系ポ
ジ型レジスト)膜を形成し、その上に更にエッチングマ
スクとしてアルミニウムの蒸着膜を形成してパターン化
した後、O2−CF4系プラズマでドライエッチングしてフ
ォトレジスト層及びポリイミド層に溝加工し、更にアル
ミニウム導体層を形成してからアセトンで処理すること
により、フォトレジストとその上に成膜されたアルミニ
ウムを除去してポリイミドの溝内部にアルミニウムの配
線を形成している(リフトオフ法と呼ばれている)。
〔発明が解決しようとする課題〕
配線構造体に供する導体層を蒸着等の気相法によって
形成する際に、導体層と下地との間に実用的な被着力を
得るには、蒸着時に下地基板を加熱することが不可欠で
あるが、上記従来技術では可溶性有機膜として耐熱性の
低い通常のフォトレジストを用いているため、基板温度
を上げるとフォトレジストのパターンがダレてしまい必
要箇所への導体層の形成を困難にしたり、フォトレジス
トの分解ガスによって導体層が汚染されてしまう等の問
題があった。
本発明の目的は上記した従来技術の問題点をなくし、
信頼性が高く、アスペクト比の高い高密度な配線パター
ンを形成する方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、溶剤によって除去される可溶性有機膜と
して基板加熱温度に耐え得る耐熱性と溶剤易溶性を兼ね
備えた溶剤可溶型耐熱性有機高分子樹脂膜を用い、蒸
着、指向性スパッタリング等による導体層形成時に基板
温度を高めることによって達成される。
更に本発明の構成を具体的に述べると、本発明の配線
パターンの形成方法は、絶縁基板上に溶剤離溶型の後記
有機高分子樹脂と同等もしくはそれ以上の温度に耐え得
る耐熱性絶縁膜を形成する工程と、前記耐熱性絶縁膜上
に溶剤可溶型で少なくとも後記配線金属層形成時の前記
絶縁基板加熱温度に耐え得る有機高分子樹脂膜を形成す
る工程と、前記有機高分子樹脂膜上にドライエッチング
耐性膜を形成する工程と、前記ドライエッチング耐性膜
上に所定の配線パターン形成用マスクを介して、前記絶
縁基板に達する溝を形成する工程と、次いで前記絶縁基
板を加熱下でこの溝底部を含む基板全面に配線金属層を
形成する工程と、溶剤処理により前記有機高分子樹脂膜
を溶解することにより前記ドライエッチング耐性膜及び
その上に形成された配線金属層をリフトオフにより除去
し、前記溝内部に形成された配線金属層を残す工程とを
備えて成ることを特徴とする。
上記絶縁基板の材質としては、耐熱性と絶縁性とが要
求されることから、例えばアルミナやムライト等のセラ
ミックが好ましい。
溶剤難溶型の耐熱性絶縁膜としては、あとで詳述する
ように溶剤可溶型の有機高分子樹脂膜より溶剤に溶解し
にくいという意味合で溶剤難溶型と称し、しかも耐熱性
においてはこの有機高分子樹脂膜と同等もしくはそれ以
上の耐熱性を有することが必要であり、例えばポリイミ
ド樹脂のごとき耐熱性有機高分子樹脂もしくはSiO2のよ
うな無機絶縁物が好ましい。また、実用的な膜厚として
は5〜30μmが好ましく、多層配線の層間絶縁膜として
要求される膜厚が選ばれる。さらにまた、この膜の形成
方法としては、周知の多層配線構造体を製造する際の層
間絶縁膜の形成方法でよく、例えばポリイミド樹脂であ
れば、液状高分子樹脂を上記絶縁基板上にスピンコーテ
ング等により塗布し、200〜400℃に加熱すればよい。Si
O2膜を形成する場合は、例えば流動性シリカ(通常SOG;
pin n lassと称されている)を塗布し加熱すれば
容易に形成できるが、その他オルガノオキシシラン〔Si
(OR)ただしRはアルキル基〕を熱分解するCVD(h
emical apour eposition)法やガラス材をターゲッ
トとしてスパッタリングで形成する方法等各種の半導体
装置の製造プロセスで用いられている周知技術で対応で
きる。
次に溶剤可溶型の有機高分子樹脂膜としては、あとで
詳述するように配線金属層を形成する際に絶縁基板を加
熱する少なくとも150℃の温度に耐え得る耐熱性とリフ
トオフ時に溶剤に可溶であるという二つの要件を兼ね備
えている必要があり、例えば好ましい例としてポリイミ
ドエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹
脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポイヒダントイン樹
脂、ポリパラバン酸樹脂、溶剤兼溶型ポリイミド樹脂な
どを挙げることができ、その中でもより好ましいものと
しては、ポリイミドエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポ
リアミドイミド樹脂を挙げることができる。その他これ
らの具体例としては例えば、1983年工業調査会発行の
「電子工業用プラスチックス」第19〜22頁に示された可
溶性の耐熱性樹脂が使用可能である。なお、溶剤可溶型
とは前記溶剤難溶型の耐熱性絶縁膜に比べて溶剤に対す
る溶解度が高いということを意味している。そして、こ
の溶剤可溶型有機高分子樹脂膜の実用的な膜厚としては
5〜10μmが好ましい。また、樹脂膜の形成方法として
は、有機高分子樹脂液を例えば通常のスピンコーテング
塗布法を用いることにより容易に形成することができ
る。
本発明で用いるドライエッチング法としては、配線導
体層を埋め込むための溝加工する対象物が有機高分子樹
脂膜であるため、酸素プラズマによるドライエッチング
法又は酸素プラズマによる反応性イオンエッチング法が
好適な方法として用いられるが、これに限らず、深さ方
向にエッチングスピードの速い異方性エッチングを可能
とするものであればいずれの方法でもよい。また、本発
明で用いるドライエッチング耐性膜としては、酸素プラ
ズマ耐性膜が望ましい。好適な例としては、有機ケイ素
系フォトレジスト、金属、酸化ケイ素、窒化ケイ素、SO
G(スピン・オン・グラス)等が挙げられる。これらド
ライエッチング耐性膜の所望のパターンを形成する方法
としては、有機ケイ素系フォトレジストの場合はスピン
コーテング塗布法で膜を形成した後、通常のフォトリソ
グラフィーによって容易にパターンが形成できる。その
他金属、酸化ケイ素、窒化ケイ素の場合、蒸着、スパッ
タリング法、CVD法、SOGの場合は、スピンコーテング法
で、溶剤可溶型有機高分子樹脂膜上に薄膜を形成し、こ
れらの上にフォトリソグラフィーによってフォトレジス
トの所望のパターンを形成し、このパターンをマスクと
してエッチングすることによりドライエッチングマスク
パターンを形成することができる。
ドライエッチングは、前述の通りであるが、通常、下
地の絶縁基板が露出する深さまで行われる。既にこの基
板上に配線電極パッドが形成されている場合(多くの場
合そうであるが)にはパッドが露出する迄エッチングを
行う。
次に、上記ドライエッチングで溝加工された基板上に
は、溝の内部を含め配線金属層が形成される訳である
が、金属材料の好ましい例として、アルミニウム、銅、
ニッケル−銅合金、クロム−銅合金、クロム、タングス
テン、モリブテンなどを挙げることができ、形成方法と
しては蒸着もしくはスパッタリングで容易に形成するこ
とができる。好ましい金属層の厚さとしては、耐熱性絶
縁膜の厚さにほぼ等しくすることである。また、金属層
の形成にあたって重要なことは、溝内に形成される層と
ドライエッチング耐性膜上に形成される層とが結合しな
い、いわゆる段切れの状態で形成することである。な
お、この配線金属層を形成する際には、被着力を強化さ
せるため基板を好ましくは150〜400℃の加熱下で行うこ
とである。加熱温度は高い方が一般に好ましいが、この
上限は、使用する絶縁基板上に形成される溶剤難溶型耐
熱性絶縁膜及びその上に形成される溶剤可溶型有機高分
子樹脂膜の耐熱温度を考慮して選定する。
次に最終工程となる溶剤可溶型有機高分子樹脂膜を溶
剤で溶解することにより、いわゆるリフトオフ法でドラ
イエッチング耐性膜及びその上に形成された金属層を同
時に除去するが、この時、溶剤としては、アミド系の非
プロトン性極性溶媒を使用し、その例として、ジメチル
アセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2
−ピロリドン、ε−カプロラクタムなどが挙げられる。
これらは、単独、もしくは複合混合液で使用され、溶解
条件としては溶液を加温して50〜180℃の液温度で行う
ことが望ましい。
なお、本発明においては、これら一連の工程を複数回
繰り返すことにより、所望とする多層配線構造体を容易
に形成できることは云うまでもない。
〔作用〕
下地絶縁基板上に溶剤難溶型耐熱性絶縁膜を形成し、
この上に溶剤可溶型耐熱性有機高分子樹脂膜を形成した
後、更にこの上に例えば酸素プラズマのごときドライエ
ッチング耐性膜の所望のパターンを形成して指向性を持
たせた酸素プラズマによるドライエッチングを行うこと
により、酸素プラズマ耐性のない部分の溶剤難溶型耐熱
性絶縁膜と溶剤可溶型耐熱性有機高分子樹脂膜の2層か
ら成る膜は選択的に除去されるため垂直な深い配線溝を
形成することができる。また、指向性のない酸素プラズ
マによるドライエッチングでは、酸素プラズマ耐性膜の
ひさし、もしくは“つば”を持つ配線溝を形成すること
ができる。しかる後に、この配線溝に配線金属を充填す
るために上記加工を終えた基板全面に配線金属を蒸着又
はスパッタリングにより形成するが、上記2層膜の側壁
は垂直になっているか、酸素プラズマ耐性膜のひさしを
持っているために、配線金属は側壁にたい積せず、配線
溝底部および酸素プラズマ耐性膜上のみに配線金属層が
形成され、この加工溝底部の配線金属と酸素プラズマ耐
性膜上の配線金属は切り離される。この時、配線金属層
と下地絶縁基板との被着力を強化するために前述のとお
り150〜400℃の範囲から選択された温度で基板を加熱す
るが、これら2層膜は溶剤可溶型、溶剤難溶型共にこの
程度の基板加熱温度では耐熱性が高いためにパターンダ
レを起こさず、垂直な側壁又はひさしを有する形状を保
持することができる。又、配線金属への有機分解ガスの
混入を防ぐことができる。
次に上記の加工を終えた基板をこの溶剤難溶型耐熱性
絶縁膜は溶解せず、溶剤難溶型耐熱性有機高分子樹脂膜
を溶解する溶剤で処理すれば、加工溝内部の配線金属を
残したままで、この溶剤易溶型有機高分子樹脂膜をその
上に形成されたドライエッチング耐性膜及び配線金属層
とともに除去することができるので最終的にはこの溶剤
難溶型耐熱性絶縁膜の加工溝に配線層を形成することが
できる。
〔実施例〕 実施例1. 以下、本発明の一実施例を第1図の工程図を用いて説
明する。
第1図(a)はアルミナ基板1上にポリイミド樹脂か
ら成る絶縁膜2を形成した工程図を示したもので、絶縁
基板としてのアルミナ基板1上に溶剤難溶型耐熱性絶縁
膜としてポリイミド前駆体ワニスとして日立化成工業
(株)製の登録商標PIQ(固形分濃度15%,粘度13ポア
ズ)をスピン塗布した。この基板を200℃で30分間、次
いで350℃で30分加熱して厚さ4μmのポリイミド硬化
膜を形成した。この操作を5回繰返し、アルミナ基板1
上に厚さ20μmのポリイミド樹脂から成る絶縁膜2を形
成した。
第1図(b)は、ポリイミド樹脂絶縁膜2上に、ポリ
イミドエーテル樹脂膜3を形成した工程図を示したもの
で、溶剤可溶型耐熱性有機高分子樹脂原料として下記の
構造式Iに示す繰返し単位の構造を有するポリイミド−
エーテル前駆体のN,N−ジメチルアセトアミド溶液(固
形分濃度15%,粘度60ポアズ)をスピン塗布した。この
基板を200℃で30分間加熱することにより、ポリイミド
−エーテル前駆体を硬化させ、厚さ5μmの構造式IIに
示す繰返し単位の構造を有するポリイミドエーテル樹脂
膜3を形成した。
第1図(C)は、上記2層の樹脂膜上にアルミニウム
膜4を形成した工程図を示したもので、ドライエッチン
グ耐性膜として上記基板上に蒸着法により厚さ0.8μm
のアルミニウム膜を形成した。
第1図(d)は、アルミニウムから成るドライエッチ
ングマスク形成の前処理としてフォトレジスト膜5を形
成した工程図を示したもので、上記基板上にフォトレジ
ストとして東京応化工業(株)製の商品名OMR−83(ネ
ガ型レジスト)をスピン塗布し、85℃で30分間乾燥して
厚さ1.2μmのフォトレジスト膜5を形成した。
次いで、第1図(e)は周知のフォトリソグラフィー
技術によって10μm幅の抜きパターン5aをフォトレジス
ト膜5に形成した工程図である。
第1図(f)は、上記フォトレジスト膜のパターン5a
をマスクとしてアルミニウム膜4をエッチングして、フ
ォトレジスト膜のパターン5aをアルミニウム膜4に転写
した工程図で、このエッチングは、上記基板をリン酸70
容,硝酸25容,酢酸5容から成るエッチング液に浸漬し
て、アルミニウム膜4の露出部分を選択的にエッチング
して行った。
次に第1図(g)は、ドライエッチングの工程図を示
したもので、上記のようにして形成したパターンを下部
のポリイミド−エーテル膜3及びポリイミド絶縁膜2に
高いアスペクト比で転写するため、指向性の高いドライ
エッチング法を用いた。即ち、上記の基板を酸素プラズ
マを用いた反応性イオンエッチングで処理することによ
り、ポリイミド−エーテル膜3の露出部及びその下のポ
リイミド絶縁膜2は除去され、テーパのないほぼ垂直の
壁面を持つ配線溝10が形成された。なお、この時フォト
レジスト膜5は酸素プラズマによって除去された。
次に第1図(h)は、配線金属層として銅層6を形成
した工程図で、その形成方法としては、基板上に銅を指
向性スパッタリングすることにより、アルミニウム膜4
上及びポリイミド絶縁膜の配線溝10内にポリイミド絶縁
膜2とほぼ同じ膜厚、即ち20μmの銅層6を形成した。
この時、基板を200℃に加熱した状態で銅のスパッタリ
ングを行ったが、ポリイミド−エーテル樹脂膜3のパタ
ーンは何ら変化せず、いわゆるパターンダレは生じなか
った。
第1図(i)は、最終工程のリフトオフ工程図を示し
たもので、基板を溶剤N,N−ジメチルアセトアミド中、1
00℃で30分間浸漬することにより、ポリイミド−エーテ
ル樹脂膜3を溶解除去すると同時に、その上に形成され
ているアルミニウム膜4及び銅層6を除去し、ポリイミ
ド絶縁膜2の配線溝10内に厚さ20μm、幅10μmのアス
ペクト比の高い銅配線層を形成することができた。
実施例2. 第2図に異なる実施例の工程図を示し、以下この図に
したがって説明する。
まず第2図(a)は実施例1と同一のアルミナ基21
に、同様にして厚さ20μmのポリイミド樹脂から成る絶
縁膜22を形成した。
第2図(b)は、第1図(b)のポリイミドエーテル
樹脂膜3の代りに、ポリアミド−イミド樹脂膜23を形成
した工程図を示したもので、形成方法としては、上記絶
縁膜22を形成した基板上に、下記の構造式IIIに示す繰
返し単位の構造を有するポリアミド−イミドのN,N−ジ
メチルアセトアミド溶液(固形分濃度10%,粘度20ポア
ズ)をスピン塗布した後、200℃で30分間通風乾燥して
4μmのポリアミド−イミド樹脂23を形成した。
第2図(c)は、第1図(d)に相当するフォトレジ
スト膜25の形成工程図で、この実施例の場合にはこのフ
ォトレジスト膜がドライエッチング耐性膜(第1図の場
合にはアルミニウム膜4)としての機能をも兼ね備えて
いるため、第1図(c)の工程は省略してある。このフ
ォトレジスト膜25の形成は、下記の構造式IVに示す繰返
し単位の構造を有するポリ(1,1−ジメチル−2−P−
ヒドロキシフェニルシルメチレン)70重量部、構造式V
に示す感光剤30重量部を、1150重量部の2−エトキシエ
タノールに溶かし、有機ケイ素系ポジ型フォトレジスト
の感光液を調製した。
この感光液を第2図(b)の基板上にスピン塗布した
後、75℃で30分間プリベークして厚さ1μmの有機ケイ
素系フォトレジスト膜25を形成した。
第2図(d)は、実施例1の第1図(e)に相当する
もので、周知のフォトリソグラフィー技術によって10μ
m幅の抜きパターン25aを有機ケイ素系フォトレジスト
膜25に形成した工程図である。
第2図(e)は、実施例1の第1図(g)に相当する
ドライエッチングの工程図である。なお、この実施例で
は実施例1の第1図(c)工程(アルミニウム膜形成)
が省略されているため、同様に第1図(f)工程も不要
となり省略されている。第2図(d)で形成した有機ケ
イ素系フォトレジスト膜のパターンをマスクとし、酸素
プラズマを用いた反応性イオンエッチング処理により、
ポリアミド−イミド樹脂膜23の露出部及びその下のポリ
イミド絶縁膜22を選択的に除去し、テーパのないほぼ垂
直の壁面を持つ配線溝20を形成した。
次に第2図(f)は、第1図(h)と同様に配線金属
層として銅層26を形成した。形成方法としては、上記第
2図(e)の工程を経た基板上に銅を指向性スパッタリ
ングすることにより、有機ケイ素系フォトレジスト膜25
及びポリイミド絶縁膜22の配線溝20内に、ポリイミド絶
縁膜22とほぼ同じ膜厚、即ち厚さ20μmの銅層26を形成
した。この時、基板温度を300℃で銅のスパッタリング
を行ったが、ポリアミド−イミド樹脂膜23のパターンは
何ら変化せず、いわゆるパターンダレは生じなかった。
第2図(g)は、実施例の第1図(i)に相当するリ
フトオフ工程図を示したもので、上記第2図(f)工程
を経た基板を溶剤N−メチル−2−ピロリドン中、100
℃で30分間浸漬することにより、ポリアミド−イミド樹
脂膜23を溶解除去すると同時に、その上に形成されてい
る有機ケイ素系フォトレジスト25及び銅層26を除去し、
ポリイミド絶縁膜22の配線溝20内に、厚さ20μm、幅10
μmのアスペクト比の高い銅配線層を形成することがで
きた。
前述のとおり、この実施例の場合は、フォトレジスト
膜25自身がドライエッチング耐性膜としての役割をも果
すので、実施例1の方法に比べて大幅に工程を簡略化す
ることができる。
比較例 実施例1の第1図(b)工程に示した構造式IIのポリ
イミドエーテル樹脂3の代りに半導体の製造プロセスで
常用されているノボラック系のポジ型フォトレジストを
用い、フォトレジストのベーク温度90℃,30分間とする
他は全て実施例1と同様にして、第1図(g)工程の膜
3が上記フォトレジスト膜から成る構造のものを作っ
た。これを実施例1の第1図(h)工程と同様に、基板
温度200℃で銅のスパッタリングを行ったが、フォトレ
ジスト膜がダレてしまい、基板1上に銅の配線を形成す
ることができなかった。
以上の通り、実施例1及び2を代表して本発明の配線
パターンの形成方法を説明したが、本発明はこれらの実
施例に限られるものでなく、前述の〔課題を解決するた
めの手段〕の項中にて詳述した内容に基づいて実施可能
であることは云うまでもない。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明による配線パターンの形成
法によれば、配線断面がテーパのないほぼ垂直な形状と
なるために配線幅が狭く膜厚の厚い配線、即ちアスペク
ト比の高い配線が形成でき、しかも、高い基板温度で配
線金属を蒸着して配線の被着力を高めることができるた
め、高密度な配線を信頼性良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(i)は本発明の一実施例を示した工程
図、第2図(a)〜(g)は本発明の異なる他の実施例
を示した工程図である。 図において、 1,21……アルミナ基板 2,22……ポリイミド絶縁膜 3……ポリイミド−エーテル膜 4……アルミニウム膜 5……フォトレジスト膜 6,26……銅層 23……ポリアミド−イミド膜 25……有機ケイ素系フォトレジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩永 昭一 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 藤原 彰夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−118767(JP,A) Extendel Abstruct s of 167th ECS Meet ing Vol85−1 PP311,1985

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に溶剤離溶型の後記有機高分子
    樹脂と同等もしくはそれ以上の温度に耐え得る耐熱性絶
    縁膜を形成する工程と、前記耐熱性絶縁膜上に溶剤可溶
    型で少なくとも後記配線金属層形成時の前記絶縁基板加
    熱温度に耐え得る有機高分子樹脂膜を形成する工程と、
    前記有機高分子樹脂膜上にドライエッチング耐性膜を形
    成する工程と、前記ドライエッチング耐性膜上に所定の
    配線パターン形成用マスクを介して、前記絶縁基板に達
    する溝を形成する工程と、次いで前記絶縁基板を加熱下
    でこの溝底部を含む基板全面に配線金属層を形成する工
    程と、溶剤処理により前記有機高分子樹脂膜を溶解する
    ことにより前記ドライエッチング耐性膜及びその上に形
    成された配線金属層をリフトオフにより除去し、前記溝
    内部に形成された配線金属層を残す工程とを備えた配線
    パターンの形成方法において、前記有機高分子樹脂膜を
    溶解し、リフトオフ法によりドライエッチング耐性膜及
    びその上に形成された配線金属層を除去する際の溶剤
    を、アミド系の非プロトン性極性溶媒で構成して成る配
    線パターンの形成方法。
  2. 【請求項2】上記アミド系の非プロトン性極性溶媒を、
    ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メ
    チル−2−プロリドン及びε−カプロラクタムから成る
    群から選ばれる少なくとも一種の溶剤で構成して成る請
    求項1記載の配線パターンの形成方法。
  3. 【請求項3】上記有機高分子樹脂膜を、ポリイミドエー
    テル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポ
    リベンゾイミダゾール樹脂、ポリヒダントイン樹脂、ポ
    リパラバン酸樹脂及び溶剤可溶型ポリイミド樹脂から成
    る群から選ばれるいずれか一種の樹脂で構成して成る請
    求項1記載の配線パターンの形成方法。
  4. 【請求項4】上記非プロトン性極性溶媒による有機高分
    子樹脂の溶解を50〜180℃の液温度で行う工程を有して
    成る請求項1乃至3のいずれか一つに記載の配線パター
    ンの形成方法。
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