JPH0220138B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は集積回路、薄膜磁気ヘツド等の薄膜素
子に使用される絶縁膜としてのポリイミド系樹脂
膜の形成方法に関する。

〔発明の背景〕

薄膜素子の微細化、高密度化は特に半導体関係
を中心に急速に進みつつある。大規模集積回路で
は配線の微細化と共に多層構造による高密度化が
進められている。

このような高密度多層配線を、スパツタリング
法や化学気相反応法（以下CVD法と略す）を用
いた無機絶縁膜を用いて作成すると、その断面形
状は模式的に第１図に示されるようになる。基板
１の上には、第１の導体層２が選択的に形成さ
れ、その上に絶縁膜３が形成されている。スパツ
タリング法やCVD法で形成する絶縁膜は下地の
凹凸に対する付き回りが良い事で知られている
が、形成される膜の断面は、導体層の乗り上げ部
分で急峻な斜面になることが多い。この絶縁膜３
の上に形成する第２の導体層４は、絶縁膜３に生
ずる急峻な斜面で局部的に薄くなつたり断線した
りするおそれが多分にある。そのため、第２の導
体層４を絶縁膜３より厚い膜にして断線等の防止
を図つている。このような構造だとさらに絶縁膜
と導体層を積層形成して３層配線にするために
は、用いる絶縁膜及び導体層の膜厚を更に厚いも
のにしなければならず、微細化や歩留り低減の妨
げになり、そのままでは製品に適用することはで
きない。この問題を解決するためには、(1)スパツ
タリングやCVDで膜を形成する際に、基板にバ
イアス電位を加え、斜面部分をイオンで削りなが
ら膜を堆積し、平坦化する方法や、(2)スラリー状
のガラスあるいはケイ素を含む有機化合物を塗布
して熱処理し、平坦な絶縁膜を得る方法、(3)より
容易に信頼性のある平坦な膜を得る方法として有
機絶縁膜を塗布する方法等がある。有機絶縁膜に
は後工程で加わる熱により侵されない耐熱性や、
信頼性が要求され、その条件に適した物質として
ポリイミド系樹脂の採用が進められている。

このポリイミド系樹脂を用いた時の絶縁膜形成
工程の概要を第２図に示す。ポリイミド系の樹脂
を重合反応させて安定な膜にするためには約300
℃以上の高温まで加熱する（工程ｂ）必要がある
が、この時、樹脂の酸化による分解を抑えるため
窒素雰囲気を用いる事が多い。また、このポリイ
ミド系樹脂のパターンニングは、通常ゴム系ネガ
型感光性樹脂を用いて、ポリイミド系樹脂表面の
一部を被覆保護した後、被覆されていない部分
を、包水ヒドラジンを含む溶液により化学エツチ
ングすることにより行なわれている。

しかしながら、この絶縁膜形成工程では以下の
欠点を有している。第１は、配線に使用される金
属に銅あるいは銀等を用いると、熱処理中に樹脂
の金属に接する部分でこの樹脂が分解するため、
配線材としてアルミニウム又はアルミニウム合
金、モリブデン等の樹脂が反応を起こさない金属
即ち導電度の低い金属に限られてしまうことであ
る。第２は、エツチングに用いる包水ヒドラジン
がエツチングマスクに使用している感光性樹脂を
浸透するため、厚いポリイミド系樹脂膜を寸法精
度の高い薄い感光性樹脂のマスクでエツチングし
ようとすると、エツチング中にマスクが剥離し、
所望のパターンが得られないことである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述の欠点を除去した改良さ
れたポリイミド系樹脂膜の形成方法を提供するこ
とにある。

本発明の目的を具体的に言えば、包水ヒドラジ
ンを含む溶液を用いて感光性樹脂膜をマスクにし
てポリイミド系樹脂膜を高い寸法精度でエツチン
グできるように改良されたポリイミド系樹脂膜の
形成方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、銅或いは銀に隣接し
てポリイミド系樹脂膜を形成しても樹脂膜が分解
しないように改良されたポリイミド系樹脂膜の形
成方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

かかる目的を奏するポリイミド系樹脂膜の形成
方法の特徴とするところは、包水ヒドラジンを含
む溶液でエツチングする前に、ポリイミド系樹脂
膜及び感光性樹脂膜の少なくとも一方を真空中で
熱処理する点にある。この真空中の熱処理は、ポ
リイミド系樹脂膜を化学的に安定にするための熱
処理、感光性樹脂膜をポリイミド系樹脂膜に密着
するための熱処理の両工程或いはいずれか一方の
工程において行なわれる。また、真空中の熱処理
条件としては、10^-2〜10^-4Pa、100〜350℃の範囲
が好ましい。更に、ポリイミド系樹脂膜が薄膜素
子の絶縁膜として使用されるとき、該膜はポリイ
ミド・イソ・インドロキナゾリンジオン樹脂で形
成するのが好ましい。

〔発明の実施例〕

以下本発明ポリイミド系樹脂膜の形成方法を、
実施例に基づいて詳細に説明する。

実施例 １ 第３図は本発明により作成した薄膜磁気ヘツド
の一実施例を示す断面図である。基板１１上に下
部磁性膜としてのパーマロイ膜１２をめつき、蒸
着あるいはスパツタリングのいずれかの方法或い
はその組合せで作成する。その上にアルミナ膜１
３をスパツタリングで堆積し、記録媒体への書き
込み及び読み出しに使用する磁気ギヤツプ１４を
作成する。その後、ポリイミド系樹脂（例えば、
ポリイミド・イソ・インドロキナゾリンジオン樹
脂）膜１５を塗布、熱処理して表面を平坦化し、
その上に銅を主体とする金属膜をめつき、蒸着あ
るいはスパツタリングで堆積し、コイル１６を通
常のホトリソグラフイあるいはエレクトロフオー
ミングでパターニングする。次に再度ポリイミド
系樹脂膜１７を塗布し、熱処理した後、ゴム系ネ
ガ型感光性樹脂（例えば東京応化工業(株)製OMR
−83）膜を塗布、乾燥させる。通常の波長約
360nmの紫外光を用いて露光、現像した後、約
150℃で熱処理してパターニングした感光性樹脂
膜とポリイミド系樹脂膜の密着性を高める。この
後、感光膜樹脂膜をエツチングマスクとし、包水
ヒドラジン７容、エチレンジアミン３容の溶液を
用いて、ポリイミド系樹脂膜を選択的にエツチン
グする。最後に上部磁性膜としてのパーマロイ膜
１８を再び堆積し、パターニングして薄膜磁気ヘ
ツドが出来上がる。

上記プロセスでは、ポリイミド系樹脂膜１５及
び１７を熱処理する時に、真空焼成炉を用い真空
度を10^-2〜10^-4Paの状態にし、100℃〜350℃程度
で加熱した。ポリイミド系樹脂膜１７を熱処理す
る時には銅が共存しているが、上記に示すような
真空度を保つことにより、ポリイミド系樹脂膜の
分解や銅の酸化を防ぐことができた。1Pa程度の
真空で焼成すると銅の表面の酸化やポリイミド系
樹脂の分解が認められ、この程度では真空度が不
十分であつた。

一方、感光性樹脂膜を露光、現像した後の熱処
理もやはり真空中で焼成する。この事により樹脂
の分解並びに銅の酸化を防げるが、次に述べる効
果もある。薄膜磁気ヘツドでは使用するポリイミ
ド系樹脂膜の厚さは６〜10μmになつているが、
この樹脂膜をエツチングする時のネガ型感光性樹
脂膜の厚さは真空雰囲気での熱処理を採用すると
2μmで十分である。通常、この現像後の感光性樹
脂膜は空気中において150℃前後で熱処理するが、
空気中で処理した場合では感光性樹脂膜の厚さは
約5μm必要であり、それ以下の厚さでははく離に
よる歩留りの低下が起きやすく、高精度のパター
ンを得るのは困難である。

上記の真空雰囲気での熱処理の効果は、次の説
明から理解される。

第４図は、感光性樹脂膜を侵透したエツチング
液によるポリイミド系樹脂膜の変質層の厚さを示
している。熱処理を大気圧下、つまり、ポリイミ
ド系樹脂膜は350℃窒素中で、感光性樹脂膜は150
℃空気中でそれぞれ熱処理した試料４Ａでは約13
分で変質を開始する。感光性樹脂膜の熱処理を真
空中で行なつた試料４Ｂでは変質を開始するまで
の時間は約30分になる。変質を開始してからの変
質の進行する速度は感光性樹脂膜を空気中で熱処
理した試料４Ａに比べ速く、60分浸漬においては
変質層深さはほとんど試料４Ａと一致する。ま
た、ポリイミド系樹脂膜を350℃真空中で熱処理
し、このポリイミド系樹脂膜の上に塗布した感光
性樹脂膜を150℃真空中で熱処理した試料４Ｃで
は、変質が開始する時間は30分と遅く、変質の進
行速度も前述の試料４Ａ，４Ｂに比べ遅くなつて
いる。真空中でポリイミド系樹脂膜及び感光性樹
脂膜を熱処理した時に、薄い感光性樹脂をエツチ
ングマスクして用いてもポリイミド系樹脂膜をエ
ツチングできる理由は上記の現象によるためと考
えられる。本発明の効果は、２回の熱処理を共に
真空中で行なう場合が最も大きいが、いずれか一
方、特に感光性樹脂膜を真空中で熱処理するとそ
の効果は大きい。

一方、薄膜磁気ヘツドにおいては、エツチング
した時の樹脂膜端部の面の基板とのなす角（以降
テーパ角とする）が性能に大きい影響を与える。
テーパ角が小さいと実質的に樹脂膜の薄い部分の
面積が広がるため磁束の漏れが大きくなる。テー
パ角が大きいと磁性膜を堆積する時の付き回りが
低下し、局部的に磁束が飽和する。テーパ角は上
記両者の効果の兼ね合いにより決められる。最適
なテーパ角は、磁性膜の堆積方法によつて異なる
が、概略30〜50゜程度である。

また、一方、ポリイミド系樹脂膜をエツチング
した時の端部の面のテーパは、マスクとなる感光
性樹脂膜を浸透した包水ヒドラジンにより横方向
へのエツチングが加速される結果生じるものであ
り、この浸透量、つまり感光性樹脂膜の厚さを変
えることによりテーパ角をコントロールできる。
この一例を第５図に示す。この図で例えば35゜の
テーパ角を得るためには感光性樹脂膜の厚さは
2.8μmが最適であることがわかる。尚、ポリイミ
ド系樹脂膜の厚さは7μmとした。

エツチングするポリイミド系樹脂膜の膜厚が厚
くなるとエツチング時間が長くなり、包水ヒドラ
ジンの浸透量が増す結果、テーパ角は小さくな
る。この一例を第６図に示す。実際にテーパ角を
コントロールする時には、ポリイミド系樹脂膜の
膜厚と目的とするテーパ角から感光性樹脂膜の膜
厚を決めれば良い。尚、感光性樹脂膜の厚さは
3μmとした。

以上述べた通り、本実施例においては、テーパ
角をコントロールできるという特徴をも持つてい
る。

実施例 ２ 第７図に本発明の更に異なる実施例であるアル
ミニウム配線上にポリイミド系樹脂の保護膜を形
成した時の断面を示す。基板３１上にアルミニウ
ムの配線３２があり、その上にポリイミド系樹脂
の約15μmの保護膜３３が形成してある。保護膜
３３には接続用の30〜50μmのスルーホール３４
が開けてある。この場合には実施例１と異なり、
パターン精度の要求は小さく、歩留りが問題にな
る。また、アルミニウムを用いているので樹脂の
分解の恐れも小さい。そこで、ポリイミド系樹脂
膜は窒素中で熱処理し、パターニング用のネガ型
感光性樹脂膜を真空中で熱処理する。このような
プロセスでも感光性樹脂膜への包水ヒドラジンの
浸透性は実施例１と同様であり、感光性樹脂膜は
十分なマスクとなり高歩留りでパターンを形成で
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ポリイミド系樹脂膜を包水ヒ
ドラジンを用いたエツチング精度の向上が図れ
る。また共存する金属にかかわらず樹脂膜の安定
化を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は無機絶縁膜を使つた２層配線の断面
図、第２図はポリイミド系樹脂膜形成プロセスの
概略図、第３図は本発明方法を適用した薄膜磁気
ヘツドの断面図、第４図はエツチング時の浸漬時
間とポリイミド系樹脂膜の変質深さとの関係を示
す図、第５図はエツチングマスクとなる感光性樹
脂の膜厚とエツチングしたポリイミド系樹脂の端
部テーパ角の関係を示す図、第６図はポリイミド
系樹脂の膜厚とテーパ角の関係を示す図、第７図
は本発明による保護膜を形成した基板の断面図で
ある。 １１，３１……基板、１５，１７……ポリイミ
ド系樹脂膜、１６……コイル、３２……配線、３
３……保護膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被着面にポリイミド系樹脂膜を塗布する第１
   の工程と、 該ポリイミド系樹脂膜を熱処理する第２の工程
   と、 前記ポリイミド系樹脂膜上に感光性樹脂膜を形
   成する第３の工程と、 該感光性樹脂膜をホトエツチング技術により所
   定形状にする第４の工程と、 前記感光性樹脂膜を熱処理する第５の工程と、 前記感光性樹脂膜をマスクにして、前記ポリイ
   ミド系樹脂膜を包水ヒドラジンを含む溶液により
   選択的にエツチングする第６の工程と、 を具備し、前記第２の工程及び前記第５の工程の
   少なくとも一方の熱処理が真空中で行なわれるこ
   とを特徴とするポリイミド系樹脂膜の形成方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記第２の
   工程及び前記第５の工程の少なくとも一方の熱処
   理が10^-2〜10^-4Pa，100〜350℃で行なわれること
   を特徴とするポリイミド系樹脂膜の形成方法。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記ポリイ
   ミド系樹脂膜が、ポリイミド・イソ・インドロキ
   ナゾリンジオン樹脂で形成されていることを特徴
   とするポリイミド系樹脂膜の形成方法。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記被着面
   が銀又は銅を有することを特徴とするポリイミド
   系樹脂膜の形成方法。