JP2876721B2 - ポリイミド・パターンの形成方法 - Google Patents

ポリイミド・パターンの形成方法

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JP2876721B2 JP16088790A JP16088790A JP2876721B2 JP 2876721 B2 JP2876721 B2 JP 2876721B2 JP 16088790 A JP16088790 A JP 16088790A JP 16088790 A JP16088790 A JP 16088790A JP 2876721 B2 JP2876721 B2 JP 2876721B2
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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、感光性ポリイミドを用いて、現像残膜のな
いポリイミド・パターンを銅配線上に形成する方法に関
するものである。
[従来の技術] ポリイミド前駆体に感光性を付与した感光性ポリイミ
ド前駆体を用いてポリイミド・パターンを形成すること
は、例えば特公昭59−52822号公報の記載の通り公知で
ある。かかる感光性材料は、電子デバイス実装基板にお
いて、多層配線の層間絶縁層として有用である。この用
途では、下部配線と外部リードの導通のために絶縁層に
スルーホール(接続孔)を形成する必要がある。
スルーホールは、通常次の4つの工程を経て形成され
る。
(1)下部配線形成済みの基板に感光性ポリイミド前駆
体の膜を形成する、 (2)スルーホール部をマスクして露光する、 (3)現像液でスルーホール部(未露光部)の感光性ポ
リイミド前駆体を溶解除去する、 (4)熱処理することによりイミド化する。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、ポリアミド酸型感光性ポリイミド前駆
体を用い、この方法で銅配線上にスルーホールを形成し
ようとすると、銅と感光性ポリイミド前駆体構造中のカ
ルボキシル基との反応のため、本来現像液で感光性ポリ
イミド前駆体が除去されるべきスルーホール部に、現像
残膜が生じ、上・下配線間の導通が不良となる問題があ
った。この現像残膜は、ポリイミドのエッチング剤もし
くはプラズマで処理を行っても、容易に除去できないた
め、予め銅配線上に、銅と感光性ポリイミド前駆体との
反応を防止するため、スパッタリングなどにより金属ク
ロムなどの薄膜を設け、これをエッチング除去する方法
が一般的に採用されている。しかし、かかる従来の方法
は、工程が煩雑でコストが高くなるという問題があっ
た。
本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み創案されたも
ので、その目的とするところは、銅配線上における現像
残膜の発生を確実に防止することのできるポリイミド・
パターンの形成方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] かかる本発明の目的は、ポリアミド酸型感光性ポリイ
ミド前駆体を用い、銅配線上にポリイミド・パターンを
形成する方法において、 A.銅配線上にクロメート処理する、 B.銅配線上に感光性ポリイミド前駆体の膜を形成する、 C.パターン状の光を照射し、ついで現像する、 D.得られたポリイミド前駆体のパターンを加熱すること
により、ポリイミド・パターンに変換する、 の各工程から成ることを特徴とするポリイミド・パター
ンの形成方法により達成される。
本発明でいう銅配線とは、基板上に設けられた金属銅
または銅の合金からなるパターン状または全面に形成さ
れた層を意味する。基板上への銅層の形成は通常、電界
鍍金、スパッタリング、真空蒸着などにより行われ、ま
たパターン層の形状はフオトリソグラフィ方式など公知
の方法により行うことができる。
本発明におけるクロメート処理とは、無水クロム酸、
重クロム酸塩またはクロム酸塩などの水溶液中に基板を
浸漬させ、六価のクロム、三価のクロムおよび結晶水か
らなる複塩の皮膜を銅配線上に形成するものである。重
クロム酸塩およびクロム酸塩としては、水溶液中で電離
するものであればどのような塩でも良く、好例としては
重クロム酸ナトリウム、重クロム酸カリウム、クロム酸
カリウム、クロム酸ナトリウムなどが挙げられる。クロ
メート処理液の濃度としては、無水クロム酸または重ク
ロム酸塩あるいはクロム酸塩の0.5〜10%水溶液が好ま
しい。より好ましくは、1〜2%水溶液がよい。浸漬時
間は10〜200秒が好ましい。より好ましくは30〜60秒で
ある。なおクロメート処理後は、基板を水洗し乾燥する
ことが好ましい。
本発明におけるポリイミド前駆体としては、ピロメリ
ット酸二無水物、3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸二無水物、3,3′,4,4′−ビフェニルテトラ
カルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカル
ボン酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水
物などのテトラカルボン酸二無水物と、4,4′−ジアミ
ノジフェニルエーテル、3,3′−ジアミノジフェニルス
ルホン、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、ビス(3
−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、メタフ
ェニレンジアミン、パラフェニレンジアミンなどのジア
ミンとを非プロトン性極性溶媒中で反応させて得られる
ポリアミド酸が挙げられるが、これらに限定されない。
非プロトン性極性溶媒の好ましい例としては、N−メ
チル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、
N,N−ジメチルホルムアミドなどが挙げられるが、これ
らに限定されない。
本発明で用いるポリアミド酸型感光性ポリイミド前駆
体とは、前記のごときポリアミド酸に感光性化合物を導
入したものをいう。ポリイミド前駆体を感光化するため
に使用される感光性化合物としては、ビスアジド、ビニ
ル基を有するアミノ化合物など公知のものが挙げられ
る。具体的な感光性ポリアミド前駆体の組成としては、
たとえば特公昭59−52822号公報に記載されているもの
を挙げることができる。
クロメート処理された銅配線上に感光性ポリイミド前
駆体の膜を形成する方法としては、公知の塗膜形成方法
が採用できる。たとえばスピナによる方法が好例として
挙げられる。
パターン状の光を照射する方法としては、感光性ポリ
イミド前駆体の膜上にマスクを置き、光を照射する公知
の方法が例として挙げられる。感光性ポリイミドの感光
性の面から、通常光源としては、紫外光が用いられる。
現像は感光性ポリイミド前駆体の組成に応じた最適の
現像液で行うのが好ましい。通常、N−メチル−2−ピ
ロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチル
ホルムアミドなどのポリイミド前駆体の溶媒か、あるい
はこれらの溶媒と、メタノールやエタノールなどのポリ
イミド前駆体の非溶媒との混合溶媒を、現像液として用
いることができる。
ポリイミド前駆体のポリイミドへの変換は、200℃〜4
00℃で熱処理することにより行うことができる。熱処理
時間は5分から30分ぐらいで良い。熱処理は単一温度で
行ってもよいし、段階的に、あるいは連続的に昇温しな
がら行ってもよい。スルーホール部のクロメート処理皮
膜は、熱処理すると接触抵抗が大きくなるので、過硫酸
アンモニウム水溶液などで表面をエッチングするか、プ
ラズマ処理などの手法で除去するのが望ましい。
[発明の効果] 本発明の形成方法によれば、銅配線上にポリイミド・
パターンを形成する場合に、現像残膜の無いポリイミド
・パターンを確実に形成でき、銅配線上に形成されるス
ルーホールにおける電気的接続の導通不良の問題を解決
し得る。
[実施例] 実施例1 シリコンウエハー上に、スパッタリングにより3.0μ
mの銅層を形成させた後、フォトリソグラフィ方式によ
り、所望の配線パターンを得た。次に1%の重クロム酸
カリウム水溶液中に45秒間浸漬させ、引上げた後蒸留水
で水洗し、乾燥した窒素を当てることにより乾燥させ
た。クロメート処理膜(クロメート処理により得られた
皮膜)の膜厚は約0.1μmであった。一方4,4′−ジアミ
ノジフェニルエーテル20.0gを200ccのN−エチル−2−
ピロリドンに溶解し、室温(約18℃)で撹拌しながら、
3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物32.2gを粉体で仕込み、室温で1時間撹拌し、更に55
℃で2時間撹拌を続けた。この溶液に、ジメチルアミノ
エチルメタクリレート31.4gおよびミヒラーズ・ケトン
0.94gを85gのN−メチル−2−ピロリドンに溶解した溶
液を添加、混合することにより、感光性ポリイミド前駆
体の溶液を得た。得られた感光性ポリイミド前駆体の溶
液を、クロメート処理した銅配線パターン上にスピナに
より塗布した。80℃で1時間乾燥を行った後、露光量30
0mJ/cm2で露光し、N−メチル−2−ピロリドン、キシ
レンおよび水の7:3:1の混合液で現像を行った後、イソ
プロピルアルコールでリンスしポリイミド前駆体パター
ンを形成した。このとき、スルーホール部に現像残膜の
形成は無かった。その後120℃で1時間キュアし、さら
に400℃まで5℃/minで昇温し400℃に1時間保ちポリイ
ミド・パターンを得た。その後10%の過硫酸アンモニウ
ム水溶液でスルーホール部のクロメート処理膜をエッチ
ングした。このようにして得られたポリイミド・パター
ンの膜厚は10μmであった。またスルーホール部の電気
伝導性を調べたところ、導通性は良好であった。
比較例1 シリコンウエハー上に、実施例1と全く同様にして配
線パターンを得た後、実施例1と同じ感光性ポリイミド
前駆体を、スピナにより塗布した。その後、実施例1と
同じ条件で乾燥、露光、現像、リンスを行いポリイミド
前駆体パターンを形成した。このとき、スルーホール部
に現像残膜の形成が見られた。その後120℃で1時間キ
ュアし、さらに400℃まで5℃/minで昇温し1時間400℃
に保ちポリイミド・パターンを得た。このようにして得
られたポリイミド・パターンの膜厚は10μmであり、ス
ルーホール部の現像残膜の膜厚は約0.5μmであった。
またスルーホール部の電気伝導性を調べたところ、導通
不良であった。
実施例2 シリコンウエハー上に、真空蒸着により0.2μmの銅
層を形成させ、さらに電解鍍金により2.8μmの銅層を
形成させた後、フォトリソグラフィ方式により所望の配
線パターンを得た。次に1%の重クロム酸カリウム水溶
液中に45秒間浸漬させ、引上げた後蒸留水で水洗し、乾
燥した窒素を当てることにより乾燥させた。クロメート
処理膜の膜厚は約0.1μmであった。このクロメート処
理した銅配線パターン上に、実施例1と同じ感光性ポリ
イミド前駆体を、スピナにより塗布した。その後、実施
例1と同じ条件で乾燥、露光、現像、リンスを行いポリ
イミド前駆体パターンを形成した。このとき、スルーホ
ール部に現像残膜の形成は無かった。その後120℃で1
時間キュアし、さらに400℃まで5℃/minで昇温し1時
間400℃に保ちポリイミド・パターンを得た。その後10
%の過硫酸アンモニウム水溶液でスルーホール部のクロ
メート処理膜をエッチングした。このようにして得られ
たポリイミド・パターンの膜厚は10μmであった。また
スルーホール部の電気伝導性を調べたところ、導通性は
良好であった。
比較例2 シリコンウエハー上に、実施例2と全く同様にして配
線パターンを形成した後、実施例1と同じ感光性ポリイ
ミド前駆体を、スピナにより塗布した。その後、実施例
1と同じ条件で乾燥、露光、現像、リンスを行いポリイ
ミド前駆体パターンを形成した。このとき、スルーホー
ル部に現像残膜の形成が見られた。その後120℃で1時
間キュアし、さらに400℃まで5℃/minで昇温し1時間4
00℃に保った。このようにして得られたポリイミド・パ
ターンの膜厚は10μmであり、スルーホール部の現像残
膜の膜厚は約0.5μmであった。またスルーホール部の
電気伝導性を調べたところ、導通不良であった。
実施例3 シリコンウエハー上に、実施例2と全く同様にして配
線パターンを形成した後、1%の無水クロム酸水溶液中
に45秒間浸漬させ、引上げた後蒸留水で水洗し、乾燥し
た窒素を当てることにより乾燥させた。クロメート処理
膜の膜厚は約0.1μmであった。一方4,4′−ジアミノジ
フェニルエーテル20.0gを200ccのN−メチル−2−ピロ
リドンに溶解し、室温(約18℃)で撹拌しながら、3,
3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物29.4g
を粉体で仕込み、室温で1時間撹拌し、更に55℃で3時
間撹拌を続けた。この溶液に、ジメチルアミノメタクリ
レート31.4gおよびミヒラーズ・ケトン0.94gを85gのN
−メチル−2−ピロリドンに溶解した溶液を添加、混合
することにより、感光性ポリイミド前駆体の溶液を得
た。得られた感光性ポリイミド前駆体の溶液を、クロメ
ート処理した銅配線パターン上にスピナにより塗布し
た。その後、実施例1と同じ条件で乾燥、露光、現像、
リンスを行いポリイミド前駆体パターンを形成した。こ
のとき、スルーホール部に現像残膜の形成は無かった。
その後120℃で1時間キュアし、さらに400℃まで5℃/m
inで昇温し1時間、400℃に保ちポリイミド・パターン
を得た。その後10%の過硫酸アンモニウム水溶液でスル
ーホール部のクロメート処理膜をエッチングした。この
ようにして得られたポリイミド・パターンの膜厚は10μ
mであった。またスルーホール部の電気伝導性を調べた
ところ、導通性は良好であった。
比較例3 シリコンウエハー上に、実施例2と全く同様にして配
線パターンを形成した後、実施例3と同じ感光性ポリイ
ミド前駆体を、スピナにより塗布した。その後、実施例
1と同じ条件で乾燥、露光、現像、リンスを行いポリイ
ミド前駆体パターンを形成した。このとき、スルーホー
ル部に現像残膜の形成が見られた。その後120℃で1時
間キュアし、さらに400℃まで5℃/minで昇温し1時間4
00℃に保った。このようにして得られたポリイミド・パ
ターンの膜厚は10μmであり、スルーホール部の現像残
膜の膜厚は約0.5μmであった。またスルーホール部の
電気伝導性を調べたところ、導通不良であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/027

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリアミド線型感光性ポリイミド前駆体を
    用い、銅配線上にポリイミド・パターンを形成する方法
    において、 A.銅配線上にクロメート処理する、 B.銅配線上に感光性ポリイミド前駆体の膜を形成する、 C.パターン状の光を照射し、ついで現像する、 D.得られたポリイミド前駆体のパターンを加熱すること
    により、ポリイミド・パターンに変換する、 の各工程から成ることを特徴とするポリイミド・パター
    ンの形成方法。
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