JPH0569308B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は、バイア接続によつて、半導体パツケー
ジ中の２層またはそれ以上の金属レベルを接続す
る構成に関する。特に、この発明は、多重レベル
結線を採用したパツケージ構造に関するものであ
る。そのような多重レベル結線パターンは、チツ
プ（ウエーハ・レベル）、あるいは多重レベル導
電体と、１つのレベルから別のレベルへの相互接
続を有するウエーハ支持体上に存在する。

Ｂ 従来技術 多重レベル導電体相互接続システムの従来例
が、IBMテクニカル・デイスクロジヤ・ブルテ
イン（Technical Disclosure Bulletin）Vol.23，
No.10，pp.4751−4752（1981年３月）に示されてい
る。

その文献に開示されるところによれば、基板表
示面上には回路素子が配置されている。その後レ
ジスト層を形成して接点孔（バイア）用の凹みを
パターン化することにより装置が構成される。次
に孔が形成され、次の層である第１の金属がパタ
ーン化される。このき、バイアと金属層の間の整
合は厳密でなくてはならない。

次に、さらにバイアを形成するために、第２の
レジスト層を付着してその層をパターン化するこ
とにより処理が続けられる。これらのバイアは、
下方レジスト層中の前に画成されたバイアと整合
しなくてはならない。続いて第２の金属層のパタ
ーン化が行なわれ、次に第３のレジスト層を画成
する処理が続けられる。最終的に、この典型的な
従来技術の図面に示されているように、各レジス
ト層は個別にパターン化される。また、個々のレ
ジスト層の上面にある各金属層もまた個別にパタ
ーン化しなくてはならない。そして、パターン化
工程の数を考えると、そのようなデバイスの製造
コストは高くなつてしまう。さらに、歩どまりの
減少につながる欠陥の一般的な原因が、さまざま
なレベルにおけるバイアの不整合である。例え
ば、上記テクニカル・デイスクロジヤ・ブルテイ
ンに図示されているように、上面の金属と回路素
子の間に存在するバイアは３つのセグメントを持
つている。そして、これらのうちどのセグメント
における、孔を形成するためのパターン化の際の
不整合も欠陥を有するバイアの形成につながりか
ねない。すなわち、極端な不整合の場合、内部的
な短絡回路が形成され、パツケージ全体が使用不
能になる。

回路素子のための多層パツケージに関連して、
最小数の工程で整合したバイアを形成するという
問題が取り上げられているけれども、それと同一
の問題は、デバイス素子自体の内部メタライゼー
シヨンに関しても存在する。すなわち、個々の工
程で個別にメタライゼーシヨンを行うという問題
である。現在、歩どまりの低下は、パターンを正
確に整合させることによつてしか抑止することが
できない。結局、製造能力を高める技術は存在す
るけれども、そのような技術もまだ、必要とされ
る精度を達成し、あるいはそれと同時に全体の製
造コストを低減するような解決策を与えるに至つ
ていないというのが現状である。

最近のパツケージ構造は、離散的な４層の金属
レベルを採用し、それらの間の相互接続には７回
のマスク工程が必要である。結局、精度を維持し
つつマスク工程の数を低減する技法を見出すとい
う技術上の要請がある。

従来技術の順次的なパターン化及びエツチング
に関連する第２の問題は、個々のレベルで生じう
る汚染の問題である。すなわち、バイア及び金属
層が順次画成されるにつれパツケージ内に入つて
くる汚染を除去するために、汚染がたまる可能性
を低減しようとする入念な注意が払われる。この
こともまた全体的な製造コストの増加につながつ
てしまう。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、少ない処理工程で２層また
はそれ以上の金属レベル間の接続をはかるための
技術を提供することにある。

この発明の別の目的は、多重レベル・バイアの
画成において、ランダムなものであれ進行的なも
のであれ整合誤差を解消する技術を提供すること
にある。

この発明のさらに別の目的は、多層パツケージ
における整合及び汚染の問題を解消するバイア構
造を提供することにある。

Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明の上述の問題は、第１の金属ライン上の
上方レベル金属回路に環状の経路が与えられ、以
て相互接続が単一のバイア確定工程で画成される
ような、離間する層間導電体の導電バイア経路を
確定する方法によつて達成される。この方法によ
れば、導電材料のパターンをもつ第１のレベルが
基板上に配置される。次に、絶縁体または誘電体
からなる層と導電材料からなる交互の層が構成さ
れる。パターン化がなされるのは導電材料のみで
ある。各導電材料のパターンは、レベル間で相互
接続が形成される箇所に環状の通路位置を有す
る。しかし、最終の上方金属が付着されるとき
（または中間的な段階で）パツケージは、誘電層
を貫通して適当な金属層に達する適当な位置を開
口することによつて、バイア経路を形成するよう
にパターン化される。これらのバイア経路は次に
導電材料で充填される。

本発明の技術によれば、レジスト・レベルにバ
イア開口を形成するためにレジストをパターン化
すること自体が不要になり解消される。結局、マ
スクと孔あけ工程の数が減少される。

また、バイア経路が一回の工程で孔あけされる
ので、バイア経路の自己整合が行なわれる。そし
て、バイア経路が開口された時点でパツケージが
完成されるので、特定レベルで生じうる汚染を受
けることがなくなる。

さらに、バイア経路の充填は、短絡を防止し、
そのバイア経路内の電気的連続性を保証するよう
な方法で行なわれる。すなわち、層毎にバイア経
路を開口していた従来技術においては、バイア経
路は、台形を順次積み重ねた形状を有する。従つ
てこの場合、個々のレベルで導電材料による充填
が不完全になる傾向がある。さらに、もし整合が
達成されないと、導電材料が特定のレベルに遺失
してしまうという問題が残る。本発明によれば、
バイア経路を同時に開口することによつて、通路
が上方金属層から、接触をはかるべき下方の金属
層まで漸進的に下降して形成される。こうして、
従来技術において本質的であつた問題を生じるこ
となく、好都合に完全な充填が達成される。

Ｅ 実施例 第１Ａ図を参照すると、最終のエツチング前の
パツケージ構造の断面図が図示されている。基板
１２上には、第１の金属層１０が付着されてい
る。この金属層１０は、例えば、この分野でよく
知られているリフト・オフ技術によつて慣用的な
方法で画成される。第１の金属層１０上には、誘
電体層１４が付着されている。

第１の誘電相層１４上には第２の金属層１８が
付着されている。この第２の金属層１８は慣用的
な技術によりパターン化され、第１の金属層に対
して接触が必要な箇所に環状の経路または拡張さ
れた領域を有している。そのような拡張領域は第
２図に示されている。

第２の金属層１８上には誘電材料からなる第２
の層２０が付着される。尚、本発明によれば、第
１または第２の誘電体層にパターンが存在しない
ことに注意されたい。

処理はすべての金属層が画成されるまで続けら
れる。すなわち、第１Ａ図は、２層の金属層を示
しているけれども、本発明はその数には限定され
ず任意の数の金属層を採用してもよいことを理解
されたい。最終的な数の金属層が決定されると、
エツチ・マスク３０が上面上に配置される。第１
Ａ図は、バイア・パターンを形成するためマスク
を露光し現像した状態をあらわす。次に、第１Ｂ
図に示すように、初めに、上方の誘電体層２０を
湿式エツチングにより、次に、第２の金属層１８
を乾式エツチングにより、続いて第１の誘電体層
１４を湿式エツチングによりそれぞれ貫通し、第
１の金属層１０で上記エツチングが停止するよう
に処理が行なわれる。

第１Ｂ図は、そのようなエツチング後の構造の
断面を示す。第１Ｂ図において、２つの自己整合
バイア２２及び２４が画成されていることが図示
されている。このバイアは、下降するに従つて次
第にサイズが減少している。典型的には、１つの
レベルから別のレベルに下降すると2μｍの階段
的なサイズの減少が生じる。こうして、もしバイ
ア２２が、第２の誘電体２０を貫通する直径約
10μｍであるなら、第１の誘電体１４を貫通する
バイアの直径は8μｍ程度となろう。

第１Ｃ図は、エツチ・マスクの剥離と、バイア
開口の最終的なメツキ工程を示している。尚、レ
ジスト層３０の除去は、任意であり、行つても行
なわなくてもよい。

第１Ｃ図に示すバイア開口２２及び２４は、は
んだペースト、銅メツキまたは金などの導電体で
充填される。はんだペーストを使用する場合、そ
のバイア開口にはんだペーストを押し込むかまた
は他の手操作技術によつて導電体を付着すること
ができる。あるいはスパツタ充填を行うこともで
きる。この構成は、第１Ｃ図に示すように、端子
２６をもつメツキされたバイアを画成するように
化学機械的研磨によつて完了することができる。

第２図を参照すると、本発明に基づく環状領域
をもつ２レベルの金属層が図示されている。金属
ライン１０は、第１の金属レベル中に存在する連
続的なラインである。金属ライン１０′は端子を
あらわす。第２のレベルの金属１８及び１８′の
末端には環状の拡大領域３２及び３４が設けられ
ている。第１の誘電体層を貫通して存在するバイ
ア開口は、第１の金属レベルで終端するものとし
て図示されている。

第３図は、本発明のバイアを採用したさまざま
な相互接続技術をあらわす図式的な斜視図であ
る。第３図に示されているように、３つのメタラ
イゼーシヨン層に加えて上面の接点層３００が採
用されている。この完成された構造は基板１２０
上に構成され、金属パターン１００，１８０及び
２４０を有する。各金属層の間には誘電体層１４
０，２００及び２６０がある。尚、これらの層が
隣り合うメタライゼーシヨン層の間のすべての隙
間を充填してなることが理解されよう。尚、便宜
上、第３図では、断面をあらわす斜めのハツチン
グを一部省略してある。

第３図は、メタライゼーシヨン層間のさまざま
な接続を図示している。例えば、バイア２７０
は、上方金属３００から誘電体２００及び２６０
を貫通して延び、第２の金属層１８０の上面に接
触している。バイア２２０は上方金属３００から
３つの誘電体層１４０，２００及び２６０を貫通
して延び、第１の金属層１００上で終端してい
る。１つの金属層から別の金属層へのバイアは、
バイア１６０として示されている。上方金属層３
００から中間の金属層を貫通して下方の中間金属
層１８０まで延びるバイアは、バイア２８０とし
て図示されている。そのすべての場合において、
本発明の処理に基づきバイアは自己整合的であ
る。尚、説明の便宜上、第３図では、金属を充填
するための開口の図示を省略した。

本発明によれば、バイア２２０，２７０及び２
８０の形成の際の整合が改善される。尚、隣り合
う層間に延びるバイア１６０は慣用的な技術を用
いて形成されることになろう。

金属層１００，１８０及び２４０の材料の選択
は、チツプ支持用装置の場合、典型的には銅、ア
ルミニウムまたは金である。本発明をチツプ・レ
ベルの形成に使用すると、金属が蒸着またはスパ
ツタリング技術によつて配置され、低抵抗金属が
採用される。典型的には、チツプ・レベルにおけ
る金属ラインは、銅を約４〜５％、シリコンを約
１％含むアルミニウム−銅−シリコンの混合物で
ある。また、パツケージにおいて使用される誘電
体層は、例えば、ポリアミド、シリコン含有ポリ
アミドまたはノボラツク樹脂である。さらに、乾
式処理を選択するなら、バイア開口を形成するた
めのエツチングは酸素プラズマを使用することが
できる。しかし、第３図中のバイア１６０のよう
な２レベル間のバイアを開口する際には、周知の
湿式処理を用いることができる。

チツプ・レベルでは、絶縁材料は典型的には２
酸化シリコンである。そのような酸化物のための
適当なエツチング剤はCF₄である。

Ｆ 発明の効果 第３図からも見てとれるように、本発明の技術
を用いると、バイアが本質的に自己整合的である
ので、メタライゼーシヨンの密度が高まる。その
結果、マスク工程を減少し、厳密さを要求される
整合の問題が解消されるのみならず、順次的な処
理のためのエツチング工程として反応性イオン・
エツチングを使用したときには最終的な処理構造
のコンパクトさが達成可能となる。

こうして、本発明の方法が、パツケージの多層
セラミツク・レベル及びチツプ・レベルで使用で
きるのみならず、多層レベルの金属及び絶縁体を
もつ構造の装置に広く適用できることは明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は、本発明の処理におけるエツチング
前の構造の断面図、第１Ｂ図は、エツチング後の
構造の断面図、第１Ｃ図は、マスク剥離及び導電
材料充填後の構造の断面図、第２図は、異なるレ
ベルの金属層間を接続するバイアを示す金属パタ
ーンの部分平面図、第３図は、本発明に基づき形
成されるバイアを示す断面を含む、斜視図であ
る。 １０……第１のレベルの金属層、１４……第１
の誘電体層、１８……第２のレベルの金属層、２
０……第２の誘電体層、２２，２４……バイア開
口、２６……充填導電体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 離隔する導電層のレベル間に導電性バイア経
   路を形成する方法において、 (a) パターン化された第１のレベルの導電層を画
   成し、 (b) 上記第１のレベルの導電層上に、第１の誘電
   体層を付着し、 (c) 上記第１の誘電体層上であつて、上記第１の
   レベルの導電層に重なり且つバイア経路を形成
   すべき領域に、末端が上記第１のレベルの導電
   層よりも幅の広い環状の拡大領域を形成するよ
   うにパターン化された第２のレベルの導電層を
   付着し、 (d) 上記第２のレベルの導電層上に第２の誘電体
   層を付着し、 (e) 上記第１及び第２の誘電体層と上記第２のレ
   ベルの導電層を貫通し上記第１のレベルの導電
   層で終端する開口を設けることによつてバイア
   を形成し、 (f) 上記開口を導電性材料で充填する工程を有す
   る、 導電性バイア経路の形成方法。 ２ 上記開口を形成する工程が、上記第２の誘電
   体層上にレジスト・パターンを形成し、該パター
   ンを現像し、該パターンを介して上記第２の誘電
   体層及び上記第１の誘電体層を湿式エツチング
   し、及び上記第２のレベルの導電層を乾式エツチ
   ングする工程を含む特許請求の範囲第１項記載の
   方法。