JPH0322587A

JPH0322587A - 層間絶縁膜における開孔部の形成方法

Info

Publication number: JPH0322587A
Application number: JP15716089A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shimada; 修島田; Takeshi Miyagi; 武史宮城
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1991-01-30
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JP2667517B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の月的〕（産業上の利用分野）この発明は層間絶縁膜における開孔部の形成方法に関し
、例えば薄膜多層配線乱板の層間絶縁膜における開孔部
の形成方法に関する。

（従来の技術）近年、基板配線の高密度化に伴い、狭い線幅を持つ配線
が形成できる薄膜形成技術による配線誌板の開発が進ん
でいる。これは、厚膜印刷等による配線幅の限界が、約
１００μｍ程度であるのに対し、ホトリソグラフィ法を
用いた薄膜形成技術による配線幅は、１００ＩＩＩ１以
下でも容易に形成できるためである。また、薄膜形成技
術によって形成される微細な配線は、配線の高密度化、
すなわち、装置の小型化、あるいは装置の信頼性の向上
に寄与し、必要不可欠なものとなっている。

このような、薄膜形成技術による配線は、通常、２層以
上の配線層によって構成される多層配線構造となってい
る。当然のことながら、薄膜形成技術による配線越板も
配線の多層化が進行しつつある。

ところで、配線の多層化が進むと、これら３次元的に配
された配線同士を電気的に分離する手段が必要となって
くる。現在、この電気的分離の手段として、多層配線基
板では、例えばポリイミド等の絶縁物による絶縁が行な
われている。このような、３次元的に配された配線同士
を絶縁する層は、一般に層間絶縁膜と呼ばれている。こ
の層間絶縁膜では、これを構成する絶縁物を、２層以上
積層させることにより、いっそうの電気的分離における
信頼性の向上が図られている。これは、層間絶縁膜が絶
縁物による１層だけで構成されているものとすると、こ
れにピンホールが発生した場合、上下に位置する配線同
士が、容易に絶縁不良を起こすことになる。ところが、
２層以上で構成すれば、たとえ絶縁物にピンホールが発
生したとしても、これらのピンホール同士が一致するこ
とは希となる。したかって、絶縁不良を起こす確率が大
幅に低下する。

以上のような点から、現在、層間絶縁膜は、通常、２層
以上に積層された絶縁物によって構成されている。

しかしながら、２層以上に積層された絶縁物によって構
成された層間絶縁膜であると、これに開孔部、例えばこ
の上部に位置する配線と、下部に位置する配線とを接続
するコンタクト孔を開孔する際に以下に説明するような
問題か生しる。

層間絶縁膜は、２層以上による絶縁物によって構成され
ており、これら２層以上の絶縁物を通してコンタクト孔
を開孔する必要がある。よって、これらの２層以上の絶
縁物を、それぞれエッチングする、例えばエッチング液
等が必要となり、この、例えばエッチングｌ＆の性質に
合わせたホトレ５ジストが、それぞれ必要となってくる。このエツチンダ
液に合わせたホトレジストが、それぞれ必要となってく
ると、これに合わせた写真蝕刻工程に使用するホトマス
クが２枚以上必要となってくるわけてある。つまり、個
々の絶縁物の層ごとに１枚、１枚ホトマスクが必要とな
ってくる。このホトマスクは、ホトレジストがボジ型で
あれば、最下部に存在する絶縁物に合わせるホトマスク
の透過部（例えばコンタクト孔開孔パターンになってい
る）の面積は広く、上部に存在する絶縁物になるにつれ
、ホトマスクの透過部の面積は狭くなっていくように設
定されている。これは、マスクの合わせ余裕のためや、
配線を構或する導体層が、例えば蒸着しやすいようなコ
ンタクト孔の形状とするために配慮されるものである。

一方、ホトレジストがネガ型であれば、上記と全くの反
対となり、遮断部がコンタクト孔開孔パターンになって
いる。

ところが、これらの写真蝕刻工程に用いるホトマスクは
、その形状が非常に似たものであるので、６使用するホトマスクの順番を間違えやすい。もし、順番
を間違えてしまったとすると、第３図に図示するような
コンタクト孔が形威されてしまう。第３図について説明
をすると、第１層目の配線２が形成された配線基板１上
に、層間絶縁膜を構成する第１の絶縁層３、および第２
の絶縁層４が形成されている。このように、第１の絶縁
層３の開孔部の幅Ｘ１より、これの上部に存在する第２
の絶縁層４の開孔部の幅Ｘ２の方か大きいとすると、同
図に示すＡの部分、すなわち、段差部分において、図示
はしないが第２層目の配線を構成する導体層を、例えば
蒸着した際、ステップ力バレージが悪くなる。最悪の場
合は配線の段切れを生してしまう。つまり、配線の段切
れオープンが起こり、製造歩留りの低下を招く。

また、ホ］・マスクの枚数の増加に伴い、ホトマスクの
設計、製造に多大な経費がかかるという問題もある。

（発明が解決しようとする課題）この発明は上記のような点に鑑み為されたちので、多層
の絶縁層からなる層間絶縁膜にコンタク！・孔のような
開孔部を形成する際、使用するホトマスクの枚数増加を
抑え、経費節減を達成し、かつホトマスクの枚数を増加
させなくても、多層の絶縁層からなる層間絶縁膜に、確
大に開孔部を形成できる層間絶縁膜における開孔部の形
成方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明による第１の層間絶縁膜における開孔部の形成
方法によれば、ポジ型のホトレジストと、ホトマスクと
を用いて、プロキシミティ露光により多層の絶縁層から
なる層間絶縁膜に開孔部を形成することにおいて、多層
の上記絶縁層のうち、最下部に存在する絶縁層上に形成
された上記ホトレジスト表曲から上記ホトマスク表面ま
でのプリン１・ギャップが最も大きくなるように設定し
てプロキシミティ露光を行ない、所定の絶縁層除去手段
によって開孔部を形成し、順次、上部に存在する絶縁層
になるに従い、上記プリントギャップを徐々に小さくな
っていくように設定してプロキシミディ露光を行ない、
所定の絶縁層除去手段によって順次開孔部が形成されて
いくことを特徴とする。

また、第２の形成方法によれば、ネガ型のホトレジスト
と、ホトマスクとを用いて、プロキンミテイ露光により
多層の絶縁層からなる層間絶縁膜に開孔部を形成するこ
とにおいて、多層の上記砲縁層のうち、最下部に存在す
る絶縁層上に形戊された上記ホトレジスト表面から上記
ホトマスク表面までのプリントギャップが最も小さくな
るように設定してプロキシミティ露光を行ない、所定の
絶縁層除去手段によって開孔部を形戊し、順次、上部に
存在する絶縁層になるに従い、上記プリントギャップが
徐々に大きくなっていくように設定してプロキシミティ
露光を行ない、所定の絶縁塙除去手段によって順次開孔
部が形成されていくことを特徴とする。

また、第３の形或方法によれば、ネガ型の絶縁層と、ホ
トマスクとを用いて、プロキシミティ露９光により多層の上記ネガ型の感光性を持つ絶縁層からな
る層間絶縁膜に開孔部を形或することにおいて、複数の
上記絶縁層のうち、最下部に存在する絶縁層表面から上
記ホトマスク表面までのプリントギャップが最も小さく
なるように設定してプロキシミティ露光を行ない、所定
の絶縁層除去手段によって開孔部を形成し、順次、上部
に７ｊ在する絶縁層になるに従い、上記プリントギャッ
プが徐々に大きくなっていくように設定してプロキシミ
ティ露光を行ない、所定の絶縁層除去手段によって順次
開孔部か形成されていくことを特徴とする。

（作用）上記のような層間絶縁膜における開孔部の形成方法にあ
っては、プロキシミティ露光時において、ホトマスクの
透過部、あるいは遮断部の外周部における光の回折現象
による光の同り込み量を利用する。例えばプリントギャ
ップを大きくとれば、ホトレジストに対し、ホトマスク
パターンの投影される面積は大きくなり、露光部分か均
加する。

１０反対に、プリントギャップを小さくとれば、露光部分が
小さくなる。このことにより、１枚のホトマスクで、こ
れに形或されているパターンが投影される面積、すなわ
ち、露光面積を自在に制御できる。よって、１枚のホト
マスクたけで、多層の絶縁層からなる層間絶縁膜に開孔
部を形成できる。

（実施例）以下、図面を参照して、この発明の実施例に係わる層間
絶縁膜における開孔部の形成方法について説明する。

まず、第１図（ａ）に示すように、第１層目の金属配線
２の形威された配線基板１上に、例えばポリイミドから
なる第１の絶縁層３をスピンナを用いて塗布する。次に
、ポジ型の感光性を持つ第１のホトレジスト５をスピン
ナを用いて塗布する。

そして、所定のプリントギャップＹ１をもって、ホトマ
スク７を介して、上記第１のホトレジスト５に対し、例
えば紫外線ｈνを照１１する（第１のプロキシミティ露
光工程）。このホトマスク７には、所定のコンタクト孔
開孔パターン（幅を例え１１ばｚ１とする）に形成された紫外線の透過部８が形成さ
れている。この透過部８を通った紫外線ｈνは、この透
過部８の外周部９で回折し、第１のホトレジスＩ−　５
に投影された時には、透過部８の幅ｚ１より、大きくな
る。この大きさは、プリン１・ギャップＹ１が大きいほ
ど大きくなる。ここで、例えばプリントギャップＹ１を
１４μｍ１コンタクト孔開孔パターンの幅ｚ１を２０μ
ｍとする。

次に、第１図（ｂ）に示すように、上記第１のプロキシ
ミティ露光工程によって、第１のホトレジスト５の感光
した部分を、所定の除去手段により除去する。このとき
、除去された部分の幅をＸ１とする。ここで、幅Ｘ１は
、例えば２３μｍ程度となる。

次に、第１図（ｃ）に示すように、上記第１のホトレジ
スト５をマスクとして、例えばポリイミドからなる第１
の絶縁層３を、所定の除去手段によって除去する。この
とき除去された部分の幅は、上記ＮＸＩとほほ同程度の
ものとなる。

次に、第１図（ｄ）に示すように、同図（Ｃ）１２の装置に、例えばポリイミドからなるｍ２の絶縁層４を
スピンナを用いて塗布する。次に、ポジ型の感光性を持
つ第２のホ１・レジス１・６をスピンナを用いて塗布す
る。次に、上記第１のプロキシミティ露光工程にて使用
したホトマスク７を用いて、今度は、所定のプリントギ
ャップＹ２をもって、上記第２のホトレジスト６に対し
、紫外線ｈνを照射する（第２のプロキシミティ露光王
程）。このとき、プリントギャップＹ２は、上記プリン
トギャップＹ１より、小さくなるように設定する。

例えばプリントギャップＹ２を６μとする。こうするこ
とにより、透過部８の外周部９にて回折した光の回り込
み量は、第１のプロキシミティ露光工程の時より小さく
なる。よって、第２のホトレジスト６の露光面積は、第
１のホトレジスト５の露光面積より小さくなる。

次に、第１図（ｅ）に示すように、上記第２のプロキシ
ミティ露光工程によって、第２のホ１・レジス１・６の
感光した部分を、所定の除去手段により除去する。この
とき、除去された部分の幅を１３Ｘ２とする。ここで、幅Ｘ２は、例えば１９μｍ程度と
なる。

次に、第１図（ｆ）に示すように、上記第２のホ１・レ
ジス１・６をマスクとして、例えばポリイミドからなる
第２の絶縁層４を、所定の除去手段によって除失する。

このとき除去された部分の幅は、上記Ｘ２とほぼ同程度
のものとなる。この後、図示しないが、開孔部内を含ん
で、所定の第２層目の金属配線となる導電体層を、例え
ば蒸着させ、所定の配線パターンにバターニングする。

以上のような工程により、この発明の実施例に係わる層
間絶縁膜における開孔部の形成方法によって、例えばコ
ンタクト孔となる開孔部が形成される。

このような、層間絶縁膜における開孔部の形成方法によ
れば、１枚のホトレジスト７で、プリントギャップを、
例えばＹｌ　（１４μｍ）　、Ｙ２　（６一）と種々変
化させることにより、層間絶縁膜を構成する、例えばポ
リイミドの第１、第２の絶縁層に、異なったサイズの開
孔部を形成できる。す１４なわち、プリントギャップを適ｕＪに調整するたけの簡
単な方法で、第１図（ｆ）に示すような良灯な断面形状
を持つ開孔部か形成される。しかも、雇間絶縁膜を構成
する絶縁層か、３図でも、あるいはそれ以上の層数にな
ったとしてもホトマスクは１枚ですみ、経費節減が図る
ことかできる。また、使用するホ１・マスクか１枚であ
るので、使用する順番を間違える心配はない。よって、
ホ１・マスクを使用する順番を間違えることによる歩留
りの低下は全くなくなる。

次に、第２の実施例について、第２図（ａ）ないし第２
図（ｄ）を参照して説明する。この第２の例では、絶縁
層そのものがネガ型の感光性を持つような物質を、層間
絶縁膜を構成する絶縁層に使用したものである。

まず、第２図（ａ）に示すように、第１層目の金属配線
２の形威された配線址板１上に、例えばネガ型の感光性
を持つポリイミドからなる第１の絶縁層１３をスピンナ
を用いて塗布する。そして、所定のプリントギャップＹ
１をもって、ホ１・マス１５ク１７を介して、上記第１の絶縁層ｌ３に対し、例えば
紫外線ｈνを照財する（昂１のプロキシミティ露光王程
）。このホ１・マスク１７には、所定のコンタクト孔開
孔パターン（幅を例えばＺ２とする）に形成された紫外
線の処断部１８が形成されている。この遮断部１８以外
の透過部を通った紫外線ｈνは、この遮断部１８の外周
部１９て回折し、第１の絶縁層］３に段影された時には
、遮断部１８のＶＡＺ２より小さくなる。この大きさは
、プリン１・ギャップＹ１か大きいほど小さくなる。

ここで、例えばプリントギャップＹ］を６μｍ１コンタ
クト孔開孔パターン幅Ｚ２を２５μｍとする。

次に、第２図（ｂ）に示すように、上記第１のプロキン
ミティ露光王程によって、第１の絶縁層１３の感光して
いない部分を、所定の除大手段により除去する。このと
き、除去された部分の幅をＸ１とする。しかる後、この
第１の絶縁層１３を高温ベーキングして乾燥させる。こ
こで、幅Ｘ１は、例えば２３μｍ程度となる。

次に、第２図（ｃ）に示すように、同図（ｂ）１６の装置に、例えばネガ型の感光性を持つポリイミドから
なる第２の絶縁層１４をスピンナを用いて塗布する。次
に、上記第１のプロキシミティ露光工程にて使用したホ
トマスク］７を用いて、今度は、所定のプリン１・ギャ
ップＹ２をもって、上記第２の絶縁層１４に対し、紫外
線ｈνを！ＩＩ：（　Ｗ＝ｔする（第２のプロキシミテ
ィ露光工捏）。このとき、プリン１・ギャップＹ２は、
上！己プリン１・ギャップＹ１より、大きくなるように
設定する。例えばプリントギャップＹ２を１６μｍとす
る。こうすることにより、遮断部］８の外周部１９にて
回折した光の回り込み量は、第１のプロキシミティ露光
王程の時より大きくなる。よって、第２の絶縁層１４の
露光面積は、第１の絶縁層１３の露光面積より大きくな
る。

次に、第２図（ｅ）に示すように、上記第２のプロキシ
ミティ露光工程によって、第２のホトレジスト６の感光
していない部分を、所定の除夫手段により除去する。こ
のとき、除失された部分の幅をＸ２とする。しかる後、
この第２の絶縁層１　７１４を高温ベーキングして乾燥させる。ここで、幅Ｘ１
は、例えば２０μｍ程度となる。この後、図示しないが
、開孔部内を含んで、所定の金属配線となる導電体層を
、例えば蒸着させ、所定の配線パターンにパターニング
する。

以上のような土糧により、この発明の丈施例に係わる層
間絶縁股にお（ｆる開孔部の形成方法によって、例えば
コンタクト孔となる開孔部か形成される。

このような、第２の実施例に係わる層間絶縁膜における
開孔部の形成方法によれば、第１の実施例同様、１枚の
ホ１・レジス１・１７で、ブリン１・ギャップを、例え
ばＹ　１　（６μｍ）　、Ｙ　２　（　１　４μｍ）と
種々変化させることにより、層間砲縁膜を構成する、例
えばネガ型の感光性を持つポリイミドの第１、第２の絶
縁層１３、および１４に、異なったサイズの開孔部を形
成できる。すなわち、プリントギャップを適切に調整す
るたけの簡単な方広て、第２図（ｄ）に示すような良好
な断面形状を持つ開孔部が形威される。しかも、層間絶
縁膜を１８構成する絶縁層か、３層でも、あるいはそれ以上の層数
になったとしてもホトマスクは１枚ですみ、経費節減が
図ることができる。また、使用するホトマスクが１枚で
あるので、使用する順番を間違える心配はない。よって
、ホトマスクを使用する順番を間違えることによる歩留
りの低下は全くなくなる。

尚、上記第１の実施例では、ポジ型のホトレジストを用
いたが、別にネガ型のホトレジストを用いても良いこと
は言うまでもない。ただし、この場合には、上記プリン
トギャップＹ１、およびＹ２の設定を、第１の尖施例と
は逆に、Ｙｌ＜Ｙ２となるように設定する。

一方、第２の実施例では、ネガ型の感光性をもつポリイ
ミドを、層間絶縁膜を構成する絶縁層に用いたが、別に
ポジ型の感光性をもつような絶縁物を、層間絶縁膜を構
成する絶縁脳を用いても良いことは勿論である。ただし
、この場合には、上記プリントギャップＹ１、およびＹ
２の設定を、第２の実施例とは逆に、Ｙ１〉Ｙ２となる
ように１９設定する。

また、第１および第２の実施例では、配線基板の層間絶
縁膜を例にとり、具体的な数値を示して説明してきたが
、この数値にこだわることはなく、柚々数値を適切に調
節して良い。さらに、この発明は、配線基板の層間絶縁
膜に眼定されるものではなく、多雇の絶縁膜からなる層
間絶縁膜を持つ半導体装置、例えばパワー素子のような
各種寸法の比較的大きい半導体装置であれば適用できる
ことは勿論である。その他、本発明は、要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形して実施することも可能である。

本発明では、光の回折現象による回り込み量を利用して
いることから・、例えばプリントギャップが大きくなっ
た場合に、光量の低下、すなわち、露光能力の低下が懸
念される。しかしながら、この点については、光の照射
量を上げれば容易に回避可能である。

［発明の効果］以上説明したようにこの発明によれば、多層の２０？縁層からなる層間絶縁膜にコンタクト孔のような開孔
部を形成する際、使用するホトマスクの枚数増加を抑え
、経費節減が達成され、かつホ１・マスクの枚数を増加
させなくても、多層の絶縁層からなるｊψ間絶縁膜に、
確実に開孔部を形成できる層間絶縁膜における開孔部の
形成方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ないし第１図（ｆ）はこの発明の第１の実
施例に係わる層間絶縁膜における開孔部の形成方法を工
程順に示した断面図、第２図（ａ）２ないし第手図（ｄ）はこの発明の第２の実施例に係わる
層間絶縁膜における開孔部の形成方法を工程順に示した
断面図、第３図は従来の形成方法により生じた不良例を
示す断面図である。１・・・配線基板、２・・・■配線、３，１３・・・第
１の絶縁層、４，１４・・・第２の絶縁廟、５・・・第
１のホ１・レジス１・、６・・・第２のホトレジスｌ−
、７，１７・・・ホトマスク、８・・・透過部、１８・
・・遮断部、９，１９・・・外周部。２１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ポジ型のホトレジストと、ホトマスクとを用いて
、プロキシミティ露光により多層の絶縁層からなる層間
絶縁膜に開孔部を形成することにおいて、多層の上記絶
縁層のうち、最下部に存在する絶縁層上に形成された上
記ホトレジスト表面から上記ホトマスク表面までのプリ
ントギャップが最も大きくなるように設定してプロキシ
ミティ露光を行ない、所定の絶縁層除去手段によって開
孔部を形成し、順次、上部に存在する絶縁層になるに従
い、上記プリントギャップを徐々に小さくなっていくよ
うに設定してプロキシミティ露光を行ない、所定の絶縁
層除去手段によって順次開孔部が形成されていくことを
特徴とする層間絶縁膜における開孔部の形成方法。
（２）ネガ型のホトレジストと、ホトマスクとを用いて
、プロキシミティ露光により多層の絶縁層からなる層間
絶縁膜に開孔部を形成することにおいて、多層の上記絶
縁層のうち、最下部に存在する絶縁層上に形成された上
記ホトレジスト表面から上記ホトマスク表面までのプリ
ントギャップが最も小さくなるように設定してプロキシ
ミティ露光を行ない、所定の絶縁層除去手段によって開
孔部を形成し、順次、上部に存在する絶縁層になるに従
い、上記プリントギャップが徐々に大きくなっていくよ
うに設定してプロキシミティ露光を行ない、所定の絶縁
層除去手段によって順次開孔部が形成されていくことを
特徴とする層間絶縁膜における開孔部の形成方法。
（３）ネガ型の絶縁層と、ホトマスクとを用いて、プロ
キシミティ露光により多層の上記ネガ型の感光性を持つ
絶縁層からなる層間絶縁膜に開孔部を形成することにお
いて、複数の上記絶縁層のうち、最下部に存在する絶縁
層表面から上記ホトマスク表面までのプリントギャップ
が最も小さくなるように設定してプロキシミティ露光を
行ない、所定の絶縁層除去手段によって開孔部を形成し
、順次、上部に存在する絶縁層になるに従い、上記プリ
ントギャップが徐々に大きくなっていくように設定して
プロキシミティ露光を行ない、所定の絶縁層除去手段に
よって順次開孔部が形成されていくことを特徴とする層
間絶縁膜における開孔部の形成方法。