JPH07183211A - 位相マスクレーザによる微細なパターンの電子相互接続構造の製造方法 - Google Patents
位相マスクレーザによる微細なパターンの電子相互接続構造の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、処理工程が少なく、高価な装置や
危険な薬品を使用しない電子装置の微細な相互接続構造
の製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 基体11上に誘電体材料の第１の層12を形成
し、この誘電体材料の第１の層12上に金属層13を形成
し、この金属層13上に誘電体材料の第２の層14a を形成
し、相互接続構造に対応する金属導体パターンを定める
予め決められた位相パターンを有する位相マスク16を誘
電体材料の第２の層14a の上方に配置し、相互接続構造
を形成するために位相マスク16を使用して誘電体材料の
第２の層14a を処理することを特徴とする。第２の層14
a の処理は位相マスク16を通してエキシマレーザ15のエ
ネルギを誘電体材料の第２の層14a に照射して第２の層
14a を部分的に除去することによって行われる。
危険な薬品を使用しない電子装置の微細な相互接続構造
の製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 基体11上に誘電体材料の第１の層12を形成
し、この誘電体材料の第１の層12上に金属層13を形成
し、この金属層13上に誘電体材料の第２の層14a を形成
し、相互接続構造に対応する金属導体パターンを定める
予め決められた位相パターンを有する位相マスク16を誘
電体材料の第２の層14a の上方に配置し、相互接続構造
を形成するために位相マスク16を使用して誘電体材料の
第２の層14a を処理することを特徴とする。第２の層14
a の処理は位相マスク16を通してエキシマレーザ15のエ
ネルギを誘電体材料の第２の層14a に照射して第２の層
14a を部分的に除去することによって行われる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は特に位相マスクレーザに
よる製造技術を必要とする微細なパターンの電子相互接
続構造、超小型電子機械装置、マルチチップモジュール
基体および半導体等の電子相互接続構造の製造方法に関
する。
よる製造技術を必要とする微細なパターンの電子相互接
続構造、超小型電子機械装置、マルチチップモジュール
基体および半導体等の電子相互接続構造の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】微細なパターンの相互接続構造の製造に
関する従来技術は主にフォトレジストにおいてパターン
を露出させるために自動半導体装置およびフォトリソグ
ラフを使用することが含まれている。バイアホールと導
体を作るために、湿式エッチングまたはプラズマ中のド
ライエッチングされるか、もしくは反応性イオンエッチ
ングがなされる。広く使用され、本発明の出願人によっ
て用いられた方法では米国特許第5,034,091 号（“Meth
od of Forming an Electrical Via Structure ”）記載
の反応性イオンエッチング法が使用されている。この特
許において発表されている方法には金属のスパッタリン
グ、ウェーハのレジスト被覆、マスク合わせ、金属パタ
ーンの露光、レジストの現像、エッチング前の検査、金
属の湿式エッチング、エッチング後の検査、レジストの
剥離、最終検査等の段階が含まれている。ウェーハの金
属パターン化を完成するために必要とされる個々の処理
段階は150 以上ある。
関する従来技術は主にフォトレジストにおいてパターン
を露出させるために自動半導体装置およびフォトリソグ
ラフを使用することが含まれている。バイアホールと導
体を作るために、湿式エッチングまたはプラズマ中のド
ライエッチングされるか、もしくは反応性イオンエッチ
ングがなされる。広く使用され、本発明の出願人によっ
て用いられた方法では米国特許第5,034,091 号（“Meth
od of Forming an Electrical Via Structure ”）記載
の反応性イオンエッチング法が使用されている。この特
許において発表されている方法には金属のスパッタリン
グ、ウェーハのレジスト被覆、マスク合わせ、金属パタ
ーンの露光、レジストの現像、エッチング前の検査、金
属の湿式エッチング、エッチング後の検査、レジストの
剥離、最終検査等の段階が含まれている。ウェーハの金
属パターン化を完成するために必要とされる個々の処理
段階は150 以上ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】バイアホールは有機誘
電体（ポリイミド）を部分的に硬化させ、フォトレジス
トで被覆し、その後、アルカリ溶液中でレジストと誘電
体の両方を現像することによって形成される。感光性誘
電体材料はフォトレジストを使用せずに半導体整列装置
においてＵＶ放射によって直接的に写像することがで
き、そしてパターンは溶媒溶液中で現像することによっ
て形成される。バイアホールを形成するドライ反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）法と導体を形成する湿式エッ
チング法は効果的ではあるが、処理工程の数が多いため
にかなり進行が遅く、また高価な装置や反応性の危険な
薬品の使用を含む付加的な欠点も有する。したがって本
発明の目的は、上述の従来の方法を改良する位相マスク
レーザによる製造技術を用いた電子相互接続構造の製造
方法を提供することである。
電体（ポリイミド）を部分的に硬化させ、フォトレジス
トで被覆し、その後、アルカリ溶液中でレジストと誘電
体の両方を現像することによって形成される。感光性誘
電体材料はフォトレジストを使用せずに半導体整列装置
においてＵＶ放射によって直接的に写像することがで
き、そしてパターンは溶媒溶液中で現像することによっ
て形成される。バイアホールを形成するドライ反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）法と導体を形成する湿式エッ
チング法は効果的ではあるが、処理工程の数が多いため
にかなり進行が遅く、また高価な装置や反応性の危険な
薬品の使用を含む付加的な欠点も有する。したがって本
発明の目的は、上述の従来の方法を改良する位相マスク
レーザによる製造技術を用いた電子相互接続構造の製造
方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は半導体ウェーハ
やマルチチップモジュール等の半導体装置、マルチチッ
プモジュール基体、超小型電子機械装置および半導体装
置等に高密度の微細なパターンの電子相互接続構造を形
成する位相マスクレーザ加工の使用を提供する。本発明
の特徴は金属導体パターンを描く位相マスクレーザ加工
による処理方法を使用することである。本発明では、バ
イアホールに加えて誘電体パターンと導体パターンの製
造を含むように、有機誘電体層における位相マスクレー
ザ機械加工の概念が改良され拡張される。導体パターン
は位相マスクレーザでパターン化された誘電体層を導体
の湿式エッチングのマスキングとして使用して、もしく
はホログラフ式の位相マスクレーザ微細加工を使用して
金属を取り除いて製造される。
やマルチチップモジュール等の半導体装置、マルチチッ
プモジュール基体、超小型電子機械装置および半導体装
置等に高密度の微細なパターンの電子相互接続構造を形
成する位相マスクレーザ加工の使用を提供する。本発明
の特徴は金属導体パターンを描く位相マスクレーザ加工
による処理方法を使用することである。本発明では、バ
イアホールに加えて誘電体パターンと導体パターンの製
造を含むように、有機誘電体層における位相マスクレー
ザ機械加工の概念が改良され拡張される。導体パターン
は位相マスクレーザでパターン化された誘電体層を導体
の湿式エッチングのマスキングとして使用して、もしく
はホログラフ式の位相マスクレーザ微細加工を使用して
金属を取り除いて製造される。
【０００５】特に、本発明は装置のための相互接続構造
を製造する方法に関する。相互接続構造は半導体装置、
超小型電子機械装置、マルチチップモジュール基体また
は半導体装置の一部であり得る。本発明の処理方法は例
えば半導体装置もしくはＭＣＭ−Ｄ（付着タイプ）、Ｍ
ＣＭ−Ｃ（セラミックタイプ）、ＭＣＭ−Ｌ（ラミネー
トタイプ）等のマルチチップモジュールを含むマイクロ
チップモジュールのマルチチップ相互接続構造もしくは
超小型電子機械装置に最高レベルでウェーハが相互接続
するための微細なパターンの相互接続構造を製造するの
に使用される。
を製造する方法に関する。相互接続構造は半導体装置、
超小型電子機械装置、マルチチップモジュール基体また
は半導体装置の一部であり得る。本発明の処理方法は例
えば半導体装置もしくはＭＣＭ−Ｄ（付着タイプ）、Ｍ
ＣＭ−Ｃ（セラミックタイプ）、ＭＣＭ−Ｌ（ラミネー
トタイプ）等のマルチチップモジュールを含むマイクロ
チップモジュールのマルチチップ相互接続構造もしくは
超小型電子機械装置に最高レベルでウェーハが相互接続
するための微細なパターンの相互接続構造を製造するの
に使用される。
【０００６】本発明の製法は次の段階を具備している。
第１に基体が設けられている。ここで使用される用語基
体は基部層で、それは例えば半導体やマルチチップモジ
ュールの製法で使用される金属、シリコン、ポリイミド
材料もしくはフレキシブルなワイヤ相互接続構造で使用
されるフレキシブルなる基体材料で構成される。誘電体
材料の第１の層は基体または基部層上で形成される。金
属層は誘電体材料の第１の層上に形成される。誘電体材
料の第２の層は金属層上に形成される。相互接続構造に
対応する金属導体パターンを定める予め決められた位相
パターンを有する位相マスクは誘電体材料の第２の層の
上方に配置される。誘電体材料の第２の層は装置の相互
接続構造を形成するために位相マスクを使用して処理さ
れる。
第１に基体が設けられている。ここで使用される用語基
体は基部層で、それは例えば半導体やマルチチップモジ
ュールの製法で使用される金属、シリコン、ポリイミド
材料もしくはフレキシブルなワイヤ相互接続構造で使用
されるフレキシブルなる基体材料で構成される。誘電体
材料の第１の層は基体または基部層上で形成される。金
属層は誘電体材料の第１の層上に形成される。誘電体材
料の第２の層は金属層上に形成される。相互接続構造に
対応する金属導体パターンを定める予め決められた位相
パターンを有する位相マスクは誘電体材料の第２の層の
上方に配置される。誘電体材料の第２の層は装置の相互
接続構造を形成するために位相マスクを使用して処理さ
れる。
【０００７】第１の方法において、レーザエネルギを使
用して誘電体材料の第２の層を位相マスクを通して照射
することによって、誘電体材料の第２の層が部分的に除
去され、金属層が露出されて装置の金属導体パターンが
定められ、誘電体エッチングマスクが提供される。その
後、装置の相互接続構造を形成するために露出された金
属層は誘電体エッチングマスクを使用して湿式エッチン
グされる。誘電体材料の第２の層によって形成されたエ
ッチングマスクは金属をエッチングした後に取り除く必
要はなく、中間層誘電体層（付加的に付着された誘電体
層）の全体の厚さを乱さない薄さに作られ、それによっ
て中間層誘電体層の静電容量は望ましい値に保たれる。
用して誘電体材料の第２の層を位相マスクを通して照射
することによって、誘電体材料の第２の層が部分的に除
去され、金属層が露出されて装置の金属導体パターンが
定められ、誘電体エッチングマスクが提供される。その
後、装置の相互接続構造を形成するために露出された金
属層は誘電体エッチングマスクを使用して湿式エッチン
グされる。誘電体材料の第２の層によって形成されたエ
ッチングマスクは金属をエッチングした後に取り除く必
要はなく、中間層誘電体層（付加的に付着された誘電体
層）の全体の厚さを乱さない薄さに作られ、それによっ
て中間層誘電体層の静電容量は望ましい値に保たれる。
【０００８】第２の方法において、誘電体材料の第２の
層が部分的ら除去され、装置の金属導体パターンを定め
るためにレーザエネルギで誘電体材料の第２の層を位相
マスクを通して照射する。その後、第２の金属層は無電
解メッキまたは化学気相付着され、誘電体材料の第２の
層の露出された表面上に金属導体パターンが形成されて
装置の相互接続構造が形成される。
層が部分的ら除去され、装置の金属導体パターンを定め
るためにレーザエネルギで誘電体材料の第２の層を位相
マスクを通して照射する。その後、第２の金属層は無電
解メッキまたは化学気相付着され、誘電体材料の第２の
層の露出された表面上に金属導体パターンが形成されて
装置の相互接続構造が形成される。
【０００９】第３の方法において、誘電体材料の第１の
層は基体上に形成され、金属層は誘電体材料の第１の層
上に形成される。その後、位相マスクは金属層の上方に
配置される。電気相互接続構造を定める導体パターンは
レーザと位相マスクを使用して金属層に直接エッチング
される。
層は基体上に形成され、金属層は誘電体材料の第１の層
上に形成される。その後、位相マスクは金属層の上方に
配置される。電気相互接続構造を定める導体パターンは
レーザと位相マスクを使用して金属層に直接エッチング
される。
【００１０】導体をパターン化する位相マスクレーザ微
細加工を使用することによって、高密度の微細なパター
ンの電子相互接続構造の製造にかかるコストとサイクル
時間を大幅に削減することができる。バイアホールと導
体パターンの位相マスクレーザ微細加工との組み合わせ
によって処理の複雑性やサイクル時間の約75％を削減で
き、それに対応して材料のコストの約30％を削減するこ
とができる。特に、本発明はウェーハの金属パターンを
完成するのに必要な製造過程から約100 の個々の製造段
階を削除することによって上記の米国特許第5,043,091
号に説明されている方法を改良するものである。能力は
生産資本装置の同等なユニットとともに一般的に使用さ
れている製法の係数2.4 によって増加する。本発明の方
法によって数多くの装置の製造における腐食材料および
環境に敏感な薬品の使用が除去され、有毒材料の使用と
廃棄が大幅に削減されるもしくは排除される。
細加工を使用することによって、高密度の微細なパター
ンの電子相互接続構造の製造にかかるコストとサイクル
時間を大幅に削減することができる。バイアホールと導
体パターンの位相マスクレーザ微細加工との組み合わせ
によって処理の複雑性やサイクル時間の約75％を削減で
き、それに対応して材料のコストの約30％を削減するこ
とができる。特に、本発明はウェーハの金属パターンを
完成するのに必要な製造過程から約100 の個々の製造段
階を削除することによって上記の米国特許第5,043,091
号に説明されている方法を改良するものである。能力は
生産資本装置の同等なユニットとともに一般的に使用さ
れている製法の係数2.4 によって増加する。本発明の方
法によって数多くの装置の製造における腐食材料および
環境に敏感な薬品の使用が除去され、有毒材料の使用と
廃棄が大幅に削減されるもしくは排除される。
【００１１】本発明は上述の種々の装置および構造を製
造する間に導体パターンを定めるために位相マスクレー
ザ微細加工を使用し、同じ目的のために従来のフォトリ
ソグラフの使用に取って代わり、それにはポリイミドの
フィルム中に先細のバイアホールを形成するためにフォ
トレジスト、印刷、現像、湿式化学的剥離、反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）の使用が含まれている。本発明
では一般的なフォトリソグラフの製法において使用され
る非常に多くの反復的なレジストとエッチングの段階を
排除することによって高密度の相互接続構造の製造が非
常に簡単なものになっている。本発明はまた、相互接続
構造の製造における高価なフォトレジスト、現像液、レ
ジストストリッパー、腐食エッチング材料等の必要性や
コストを排除する。本発明の位相マスクレーザ加工によ
る処理によって誘電体と金属パターンの端部の傾斜が調
整され、バイアホールの側面上の金属の段部を覆ってい
ることによって高い信頼性が保証される傾斜したバイア
ホールの輪郭が提供される。本発明の位相マスクレーザ
加工による処理によって金属の相互接続がなされるよう
な垂直の端部が作られ、必要な時には、良好な電気接続
と抵抗やインピーダンス値の適切な制御が保証される。
造する間に導体パターンを定めるために位相マスクレー
ザ微細加工を使用し、同じ目的のために従来のフォトリ
ソグラフの使用に取って代わり、それにはポリイミドの
フィルム中に先細のバイアホールを形成するためにフォ
トレジスト、印刷、現像、湿式化学的剥離、反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）の使用が含まれている。本発明
では一般的なフォトリソグラフの製法において使用され
る非常に多くの反復的なレジストとエッチングの段階を
排除することによって高密度の相互接続構造の製造が非
常に簡単なものになっている。本発明はまた、相互接続
構造の製造における高価なフォトレジスト、現像液、レ
ジストストリッパー、腐食エッチング材料等の必要性や
コストを排除する。本発明の位相マスクレーザ加工によ
る処理によって誘電体と金属パターンの端部の傾斜が調
整され、バイアホールの側面上の金属の段部を覆ってい
ることによって高い信頼性が保証される傾斜したバイア
ホールの輪郭が提供される。本発明の位相マスクレーザ
加工による処理によって金属の相互接続がなされるよう
な垂直の端部が作られ、必要な時には、良好な電気接続
と抵抗やインピーダンス値の適切な制御が保証される。
【００１２】本発明による別の方法ではバイアホールと
次のレベルの金属パターンが同時にパターン化されるよ
うに有機ポリマーに直接望ましい金属パターンをエッチ
ングするエキシマレーザが使用される。レーザは、エッ
チングされた導体パターンと付随したバイアホールとを
形成するポリマーの表面に所望の導体の形を有するチャ
ンネルを形成する。レーザは金属の無電解メッキまたは
化学気相付着に適するようにポリマーの表面を活性化す
る。したがって導体が形成され、レーザでエッチングさ
れたパターンに金属をめっきすることによって先の金属
層への接続が行われる。
次のレベルの金属パターンが同時にパターン化されるよ
うに有機ポリマーに直接望ましい金属パターンをエッチ
ングするエキシマレーザが使用される。レーザは、エッ
チングされた導体パターンと付随したバイアホールとを
形成するポリマーの表面に所望の導体の形を有するチャ
ンネルを形成する。レーザは金属の無電解メッキまたは
化学気相付着に適するようにポリマーの表面を活性化す
る。したがって導体が形成され、レーザでエッチングさ
れたパターンに金属をめっきすることによって先の金属
層への接続が行われる。
【００１３】本発明の種々の特徴と利点は添付図面とと
もに以下の詳細な説明によって容易に理解されるであろ
う。図面中では同じ参照符号によって同じ構造の要素を
示している。
もに以下の詳細な説明によって容易に理解されるであろ
う。図面中では同じ参照符号によって同じ構造の要素を
示している。
【００１４】
【実施例】図面を参照すると、図１と図２はバイアホー
ルを形成する従来の位相マスクレーザ微細加工による製
造方法における段階の概略図を示している。従来の位相
マスクレーザ微細加工による製造方法10は次の段階を具
備している。図１に関して、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）ま
たはシリコンの基体11を具備している半導体ウェーハ20
が設けられている。約１０ミクロンの厚さを有するポリ
イミド層12等のポリマー層12が基体11上に形成されてお
り、次に、約５ミクロンの厚さを有する例えばアルミニ
ウム等の金属層13がポリイミド層12上に形成される。そ
して、約１乃至２ミクロンの厚さを有する例えばポリイ
ミド層14等の第２のポリマー層14がアルミニウム層13上
に形成されている。ホログラフ式位相マスク16は第２の
ポリイミド層14の上方に配置され、ホログラフ式位相マ
スク16を通して第２のポリイミド層14の露出された表面
を照射するために強度の弱いエキシマレーザ15が使用さ
れる。図２に示されているように、ホログラフ式位相マ
スク16の位相パターン17によってバイアホール18を形成
するエキシマレーザ15からエネルギが集中する。
ルを形成する従来の位相マスクレーザ微細加工による製
造方法における段階の概略図を示している。従来の位相
マスクレーザ微細加工による製造方法10は次の段階を具
備している。図１に関して、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）ま
たはシリコンの基体11を具備している半導体ウェーハ20
が設けられている。約１０ミクロンの厚さを有するポリ
イミド層12等のポリマー層12が基体11上に形成されてお
り、次に、約５ミクロンの厚さを有する例えばアルミニ
ウム等の金属層13がポリイミド層12上に形成される。そ
して、約１乃至２ミクロンの厚さを有する例えばポリイ
ミド層14等の第２のポリマー層14がアルミニウム層13上
に形成されている。ホログラフ式位相マスク16は第２の
ポリイミド層14の上方に配置され、ホログラフ式位相マ
スク16を通して第２のポリイミド層14の露出された表面
を照射するために強度の弱いエキシマレーザ15が使用さ
れる。図２に示されているように、ホログラフ式位相マ
スク16の位相パターン17によってバイアホール18を形成
するエキシマレーザ15からエネルギが集中する。
【００１５】図３乃至５は装置20a の相互接続構造25の
製造を行う本発明の原理に一致するホログラフ式位相マ
スクレーザ微細加工による製造方法10a における工程の
複数の段階の概略図を示している。相互接続構造25は半
導体装置の一部分であり、超小型電子機械装置、マルチ
チップモジュール基体、もしくは半導体装置等である。
加えて、本発明による処理方法は例えば半導体装置、Ｍ
ＣＭ−Ｄ（付着タイプ）、ＭＣＭ−Ｃ（セラミックタイ
プ）、ＭＣＭ−Ｌ（ラミネートタイプ）マルチチップモ
ジュールを含むマイクロチップモジュール用のマルチチ
ップ相互接続構造、超小型電子機械装置等において最高
レベルのウェーハ相互接続用の微細なパターンの相互接
続構造の製造に使用される。図３乃至図５に示されてい
る装置20a の構造は説明の目的で与えられており、この
構造は異なった装置に対して変化されることが理解され
るべきである。
製造を行う本発明の原理に一致するホログラフ式位相マ
スクレーザ微細加工による製造方法10a における工程の
複数の段階の概略図を示している。相互接続構造25は半
導体装置の一部分であり、超小型電子機械装置、マルチ
チップモジュール基体、もしくは半導体装置等である。
加えて、本発明による処理方法は例えば半導体装置、Ｍ
ＣＭ−Ｄ（付着タイプ）、ＭＣＭ−Ｃ（セラミックタイ
プ）、ＭＣＭ−Ｌ（ラミネートタイプ）マルチチップモ
ジュールを含むマイクロチップモジュール用のマルチチ
ップ相互接続構造、超小型電子機械装置等において最高
レベルのウェーハ相互接続用の微細なパターンの相互接
続構造の製造に使用される。図３乃至図５に示されてい
る装置20a の構造は説明の目的で与えられており、この
構造は異なった装置に対して変化されることが理解され
るべきである。
【００１６】本発明による処理法10a の段階は上述の従
来のバイアホール製造方法10に類似している。しかしな
がら、製法10a において、約１乃至２ミクロンの厚さを
有する比較的薄い第２のポリイミド層14a は相互接続構
造25が形成される場所にあるアルミニウム層13上に配置
されている。強度の弱いエキシマレーザ15はホログラフ
式位相マスク16を通して第２の比較的薄いポリイミド層
14a の露出された表面を照射するために使用される。こ
れに適するホログラフ式位相マスク16はカリフォルニ
ア、サンディエゴのLitel Instruments,Inc から得るこ
とができる。第２の比較的薄いポリイミド層14a の部分
を取り除くためにホログラフ式位相マスク16の位相パタ
ーン17a によってエキシマレーザ15が集中される。第２
の比較的薄いポリイミド層14a の取り除かれた部分の下
に配置されたアルミニウム層13は、例えば湿式エッチン
グ法などによって取り除かれ、アルミニウム層13の残存
部分は集積回路用の相互接続金属構造25のために提供さ
れる。約１０ミクロンの厚さを有する付加的なポリイミ
ド層14b （点線で示されている）はポリイミド層12,14a
とアルミニウム層13の露出された表面上に配置され、装
置10a を完成する処理が続行される。第２の比較的薄い
ポリイミド層14a は付加的なポリイミド層14bと一体と
なる。その結果として、第２の比較的薄いポリイミド層
14a によって形成されたエッチングマスクはアルミニウ
ム層13をエッチングした後に取り除かれる必要はなく、
また、中間層誘電体層（付加的なポリイミド層14b ）の
全体の厚さの関係を妨害しない薄さに作られ、それによ
って中間層誘電体の静電容量は望ましい値に保たれる。
来のバイアホール製造方法10に類似している。しかしな
がら、製法10a において、約１乃至２ミクロンの厚さを
有する比較的薄い第２のポリイミド層14a は相互接続構
造25が形成される場所にあるアルミニウム層13上に配置
されている。強度の弱いエキシマレーザ15はホログラフ
式位相マスク16を通して第２の比較的薄いポリイミド層
14a の露出された表面を照射するために使用される。こ
れに適するホログラフ式位相マスク16はカリフォルニ
ア、サンディエゴのLitel Instruments,Inc から得るこ
とができる。第２の比較的薄いポリイミド層14a の部分
を取り除くためにホログラフ式位相マスク16の位相パタ
ーン17a によってエキシマレーザ15が集中される。第２
の比較的薄いポリイミド層14a の取り除かれた部分の下
に配置されたアルミニウム層13は、例えば湿式エッチン
グ法などによって取り除かれ、アルミニウム層13の残存
部分は集積回路用の相互接続金属構造25のために提供さ
れる。約１０ミクロンの厚さを有する付加的なポリイミ
ド層14b （点線で示されている）はポリイミド層12,14a
とアルミニウム層13の露出された表面上に配置され、装
置10a を完成する処理が続行される。第２の比較的薄い
ポリイミド層14a は付加的なポリイミド層14bと一体と
なる。その結果として、第２の比較的薄いポリイミド層
14a によって形成されたエッチングマスクはアルミニウ
ム層13をエッチングした後に取り除かれる必要はなく、
また、中間層誘電体層（付加的なポリイミド層14b ）の
全体の厚さの関係を妨害しない薄さに作られ、それによ
って中間層誘電体の静電容量は望ましい値に保たれる。
【００１７】図６は本発明にしたがってホログラフ式の
位相マスクレーザ微細加工を使用した相互接続構造25を
製造する製造過程30を表す処理フロー図を示している。
この製造過程30では以下に説明されるように誘電体エッ
チングマスクが使用されている。基体11を具備している
装置10a はポリイミド層12を構成している有機ポリマー
の層をその上に付着するように処理され、金属層13は例
えば段階31においてポリイミド層12の表面上にスパッタ
リングされる。その後、段階32においてウェーハ10は第
２の比較的薄いポリイミド層14a で被覆され、硬化され
る。エッチングによって取り除かれる金属層13の区域上
に配置された第２のポリイミド層14a（有機ポリマー
層）の部分をエキシマレーザ15が選択的に取り除くよう
に構成されたホログラフ式位相マスク16が用意される。
位相マスクレーザ微細加工を使用した相互接続構造25を
製造する製造過程30を表す処理フロー図を示している。
この製造過程30では以下に説明されるように誘電体エッ
チングマスクが使用されている。基体11を具備している
装置10a はポリイミド層12を構成している有機ポリマー
の層をその上に付着するように処理され、金属層13は例
えば段階31においてポリイミド層12の表面上にスパッタ
リングされる。その後、段階32においてウェーハ10は第
２の比較的薄いポリイミド層14a で被覆され、硬化され
る。エッチングによって取り除かれる金属層13の区域上
に配置された第２のポリイミド層14a（有機ポリマー
層）の部分をエキシマレーザ15が選択的に取り除くよう
に構成されたホログラフ式位相マスク16が用意される。
【００１８】その後、段階33においてエキシマレーザ15
を使用してホログラフ式位相マスク16を通して露出させ
ることによって望ましい金属パターンが薄いポリイミド
層14a においてエッチングされる。結果として、第２の
ポリイミド層14a はパターン化され、金属導体になる場
所の上に配置された部分を除いて有機ポリマーの部分は
取り除かれる。その後、ウェーハ10は段階34において湿
式エッチングに先立って検査される。第２のポリイミド
層14a のエッチングされなかった残存部分は導体パター
ンを複製するためのエッチングマスクとして利用でき
る。金属層13には望ましい導体パターンを作る段階35に
おいて湿式エッチング方法を使用してエッチングがなさ
れる。ウェーハ10は、金属をエッチングする段階35に続
いて段階36で洗浄され、最後に段階37で検査される。
を使用してホログラフ式位相マスク16を通して露出させ
ることによって望ましい金属パターンが薄いポリイミド
層14a においてエッチングされる。結果として、第２の
ポリイミド層14a はパターン化され、金属導体になる場
所の上に配置された部分を除いて有機ポリマーの部分は
取り除かれる。その後、ウェーハ10は段階34において湿
式エッチングに先立って検査される。第２のポリイミド
層14a のエッチングされなかった残存部分は導体パター
ンを複製するためのエッチングマスクとして利用でき
る。金属層13には望ましい導体パターンを作る段階35に
おいて湿式エッチング方法を使用してエッチングがなさ
れる。ウェーハ10は、金属をエッチングする段階35に続
いて段階36で洗浄され、最後に段階37で検査される。
【００１９】第２のポリイミド層14a によって形成され
た有機マスク層はエッチングされた金属導体上で放置さ
れるかもしくは必要ならば取り除かれる。薄いポリイミ
ド層14a （マスキングポリイミド層）が、金属層13のす
ぐ上に配置された中間層誘電体材料として使用されたも
のと同じ材料で構成されている場合、薄いポリイミド層
14a はその場所に放置され、すぐに次の誘電体層（ポリ
イミド層14b 等）で被覆される。例えばフォトレジスト
等の別の有機マスキング層が薄いポリイミド層14a の代
わりに使用された場合、有機マスキング層は誘電体層の
付着に先立って典型的に取り除かれる。これは本発明に
よって提供されたコストの面での主要な利点であり、ま
たフォトレジストが必要ではない場合には、フォトレジ
ストの付着や除去の段階は必要ではない。
た有機マスク層はエッチングされた金属導体上で放置さ
れるかもしくは必要ならば取り除かれる。薄いポリイミ
ド層14a （マスキングポリイミド層）が、金属層13のす
ぐ上に配置された中間層誘電体材料として使用されたも
のと同じ材料で構成されている場合、薄いポリイミド層
14a はその場所に放置され、すぐに次の誘電体層（ポリ
イミド層14b 等）で被覆される。例えばフォトレジスト
等の別の有機マスキング層が薄いポリイミド層14a の代
わりに使用された場合、有機マスキング層は誘電体層の
付着に先立って典型的に取り除かれる。これは本発明に
よって提供されたコストの面での主要な利点であり、ま
たフォトレジストが必要ではない場合には、フォトレジ
ストの付着や除去の段階は必要ではない。
【００２０】図７は本発明の原理にしたがったホログラ
フ式位相マスクレーザ微細加工を使用して相互接続構造
25をエッチングする直接エッチング過程40を表す処理フ
ロー図を示している。基体11を具備しているウェーハ10
は有機ポリマーの層を付着するように処理され、その上
にポリイミド層12を具備しており、段階41において金属
層13は例えばポリイミド層12の表面上でスパッタリング
される。段階42において金属パターンはホログラフ式位
相マスク16を使用して直接エッチングされる。段階43に
おいてウェーハ10は洗浄され、段階44で検査される。
フ式位相マスクレーザ微細加工を使用して相互接続構造
25をエッチングする直接エッチング過程40を表す処理フ
ロー図を示している。基体11を具備しているウェーハ10
は有機ポリマーの層を付着するように処理され、その上
にポリイミド層12を具備しており、段階41において金属
層13は例えばポリイミド層12の表面上でスパッタリング
される。段階42において金属パターンはホログラフ式位
相マスク16を使用して直接エッチングされる。段階43に
おいてウェーハ10は洗浄され、段階44で検査される。
【００２１】レーザ15から出力されたエネルギを正確に
制御することによって、また、金属層13の大部分を迅速
に除去するように異なったエネルギレベルでレーザ15の
マルチ・パスを使用し、ポリイミド層12へのダメージが
少ないまたは無い金属層13の最後に残った部分をゆっく
りと清掃することによって達成する等の適切な選択性を
行うことによって、金属層13はホログラフ式位相マスク
16を使用して直接にパターン化され、それによって金属
はレーザ15によって取り除かれ、結果として望ましい導
体のパターンになる。エネルギ密度が非常に低い幾つか
のパスは一般的に下部のポリイミド層12（有機ポリマー
層）を取り除かずに金属の導体パターンを除去する必要
がある。これは誘電体エッチングマスクを使用する上述
の過程30よりも時間がかかる方法である。
制御することによって、また、金属層13の大部分を迅速
に除去するように異なったエネルギレベルでレーザ15の
マルチ・パスを使用し、ポリイミド層12へのダメージが
少ないまたは無い金属層13の最後に残った部分をゆっく
りと清掃することによって達成する等の適切な選択性を
行うことによって、金属層13はホログラフ式位相マスク
16を使用して直接にパターン化され、それによって金属
はレーザ15によって取り除かれ、結果として望ましい導
体のパターンになる。エネルギ密度が非常に低い幾つか
のパスは一般的に下部のポリイミド層12（有機ポリマー
層）を取り除かずに金属の導体パターンを除去する必要
がある。これは誘電体エッチングマスクを使用する上述
の過程30よりも時間がかかる方法である。
【００２２】図８乃至11は本発明の原理にしたがって導
体に無電解メッキまたは化学気相付着することができる
導体パターンを製造する別の処理方法50における段階の
概略図を示している。図８は有機ポリマーまたはポリイ
ミド層14（基体11上に形成されている）を示しており、
その上には金属導体13a が形成されている。第２のポリ
イミド層14b はポリイミド層14と金属導体層13a の露出
された表面上に形成されている。その後、図９に示され
ているように、第２のポリイミド層14b の露出された表
面はエキシマレーザ15とホログラフ式位相マスク16を使
用してエッチングされ、破線で示されている第２のポリ
イミド層14b の部分を取り除く。これによって図１０に
示されているウェーハ構造が生じる。その後、図１１に
示されているように、例えばアルミニウムや銅等の第２
の導体層13b は、金属導体層13aへ接続を行うために例
えば第２のポリイミド層14b のエッチングされたパター
ンに無電解メッキもしくは化学気相付着される。図８乃
至１１の方法では、金属相互接続パターンの望ましい形
を有する有機ポリマー層14のパターンを除去するために
レーザ15と位相マスク16を使用し、その後、エッチング
されたパターンを金属で埋めるために無電解メッキもし
くは化学気相付着の方法を使用する。無電解メッキもし
くは化学気相付着が行われるようにレーザエネルギはポ
リマー層14bを予め調整する。
体に無電解メッキまたは化学気相付着することができる
導体パターンを製造する別の処理方法50における段階の
概略図を示している。図８は有機ポリマーまたはポリイ
ミド層14（基体11上に形成されている）を示しており、
その上には金属導体13a が形成されている。第２のポリ
イミド層14b はポリイミド層14と金属導体層13a の露出
された表面上に形成されている。その後、図９に示され
ているように、第２のポリイミド層14b の露出された表
面はエキシマレーザ15とホログラフ式位相マスク16を使
用してエッチングされ、破線で示されている第２のポリ
イミド層14b の部分を取り除く。これによって図１０に
示されているウェーハ構造が生じる。その後、図１１に
示されているように、例えばアルミニウムや銅等の第２
の導体層13b は、金属導体層13aへ接続を行うために例
えば第２のポリイミド層14b のエッチングされたパター
ンに無電解メッキもしくは化学気相付着される。図８乃
至１１の方法では、金属相互接続パターンの望ましい形
を有する有機ポリマー層14のパターンを除去するために
レーザ15と位相マスク16を使用し、その後、エッチング
されたパターンを金属で埋めるために無電解メッキもし
くは化学気相付着の方法を使用する。無電解メッキもし
くは化学気相付着が行われるようにレーザエネルギはポ
リマー層14bを予め調整する。
【００２３】初期の試験ウェーハ10は本発明による位相
マスクレーザ方法を使用してパターン化された。試験ウ
ェーハ10は１０ミクロンの厚さのポリイミド層12と５ミ
クロンの厚さのアルミニウム層13と１０ミクロンの厚さ
の第２のポリイミド層14a を有するアルミナウェーハ10
から構成された。直径が４ミルのバイアホール18は下部
のアルミニウム層13に妨害を与えずに第２のポリイミド
層14a において適切な段階の適用範囲を保証する良好な
バイア形状でパターン化される。この試験によって本発
明の有効性が証明され、薄い有機層14a は金属層13の頂
部で金属層13に妨害を与えずにパターン化され、それは
図６に示されている過程30で達成されたように、金属層
13を湿式エッチングするステンシルとして利用される。
マスクレーザ方法を使用してパターン化された。試験ウ
ェーハ10は１０ミクロンの厚さのポリイミド層12と５ミ
クロンの厚さのアルミニウム層13と１０ミクロンの厚さ
の第２のポリイミド層14a を有するアルミナウェーハ10
から構成された。直径が４ミルのバイアホール18は下部
のアルミニウム層13に妨害を与えずに第２のポリイミド
層14a において適切な段階の適用範囲を保証する良好な
バイア形状でパターン化される。この試験によって本発
明の有効性が証明され、薄い有機層14a は金属層13の頂
部で金属層13に妨害を与えずにパターン化され、それは
図６に示されている過程30で達成されたように、金属層
13を湿式エッチングするステンシルとして利用される。
【００２４】本発明によってフォトリソグラフ材料と危
険性のあるＲＩＥエッチングガス、およびこれら従来の
処理に必要な装置の必要性が排除される。位相マスクレ
ーザシステムのみがバイアホールと導体パターンをパタ
ーン化するのに必要とされる。導体パターンはパターン
化した誘電体をエッチングマスクとして使用して湿式エ
ッチングされる。バイアホールは誘電体において位相マ
スクレーザシステムを使用して直接に形成される。
険性のあるＲＩＥエッチングガス、およびこれら従来の
処理に必要な装置の必要性が排除される。位相マスクレ
ーザシステムのみがバイアホールと導体パターンをパタ
ーン化するのに必要とされる。導体パターンはパターン
化した誘電体をエッチングマスクとして使用して湿式エ
ッチングされる。バイアホールは誘電体において位相マ
スクレーザシステムを使用して直接に形成される。
【００２５】したがって、ここでは位相マスクレーザ製
造技術を使用する半導体装置における相互接続構造を製
造する新しく改良された処理方法を説明してきた。上述
の実施例は単に本発明の原理の適用を代表する数多くの
特定の実施例の幾つかを説明している。非常に多くの別
の装置が本発明の技術的範囲から逸脱することなく当業
者によって容易に為され得ることは理解されるべきであ
る。
造技術を使用する半導体装置における相互接続構造を製
造する新しく改良された処理方法を説明してきた。上述
の実施例は単に本発明の原理の適用を代表する数多くの
特定の実施例の幾つかを説明している。非常に多くの別
の装置が本発明の技術的範囲から逸脱することなく当業
者によって容易に為され得ることは理解されるべきであ
る。
【図１】バイアホールを形成する従来の位相マスクレー
ザ微細機械加工による製造段階の概略図。
ザ微細機械加工による製造段階の概略図。
【図２】バイアホールを形成する従来の位相マスクレー
ザ微細機械加工による製造段階の概略図。
ザ微細機械加工による製造段階の概略図。
【図３】相互接続構造の製造を行う本発明の原理による
ホログラフ式位相マスクレーザ微細機械加工による製造
段階の概略図。
ホログラフ式位相マスクレーザ微細機械加工による製造
段階の概略図。
【図４】相互接続構造の製造を行う本発明の原理による
ホログラフ式位相マスクレーザ微細機械加工による製造
段階の概略図。
ホログラフ式位相マスクレーザ微細機械加工による製造
段階の概略図。
【図５】相互接続構造の製造を行う本発明の原理による
ホログラフ式位相マスクレーザ微細機械加工による製造
段階の概略図。
ホログラフ式位相マスクレーザ微細機械加工による製造
段階の概略図。
【図６】本発明のホログラフ式位相マスクレーザ微細機
械加工を使用した相互接続構造の製造段階を示した処理
フロー図。
械加工を使用した相互接続構造の製造段階を示した処理
フロー図。
【図７】本発明の原理によるホログラフ式位相マスクレ
ーザ微細機械加工を使用した相互接続構造の直接エッチ
ングを示す処理フロー図。
ーザ微細機械加工を使用した相互接続構造の直接エッチ
ングを示す処理フロー図。
【図８】本発明の原理にしたがって導体に無電解メッキ
および化学気相付着させる相互接続構造をパターン化す
る製造方法における段階の概略図。
および化学気相付着させる相互接続構造をパターン化す
る製造方法における段階の概略図。
【図９】本発明の原理にしたがって導体に無電解メッキ
および化学気相付着させる相互接続構造をパターン化す
る製造方法における段階の概略図。
および化学気相付着させる相互接続構造をパターン化す
る製造方法における段階の概略図。
【図１０】本発明の原理にしたがって導体に無電解メッ
キおよび化学気相付着させる相互接続構造をパターン化
する製造方法における段階の概略図。
キおよび化学気相付着させる相互接続構造をパターン化
する製造方法における段階の概略図。
【図１１】本発明の原理にしたがって導体に無電解メッ
キおよび化学気相付着させる相互接続構造をパターン化
する製造方法における段階の概略図。
キおよび化学気相付着させる相互接続構造をパターン化
する製造方法における段階の概略図。
フロントページの続き (72)発明者 フィリップ・エー・トラスク アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92653、ラグナ・ヒルズ、カンバーウエ ル・ストリート 24942 (72)発明者 ビンセント・エー・ピレイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92720、アーバイン、タロッコ・ロード 125
Claims (19)
- 【請求項１】 基体を設ける段階と、 基体上に誘電体材料の第１の層を形成する段階と、 誘電体材料の第１の層上に金属層を形成する段階と、 金属層上に誘電体材料の第２の層を形成する段階と、 相互接続構造に対応する金属導体パターンを定める予め
決められた位相パターンを有する位相マスクを誘電体材
料の第２の層の上方に配置する段階と、 相互接続構造を形成するために位相マスクを使用して誘
電体材料の第２の層を処理する段階とを具備しているこ
とを特徴とする相互接続構造の製造方法。 - 【請求項２】 誘電体材料の第２の層を処理する段階
は、 誘電体材料の第２の層を部分的に除去し、金属層を露出
させて金属導体パターンを定め、誘電体エッチングマス
クを形成するように位相マスクを通してレーザのエネル
ギを誘電体材料の第２の層に照射する段階と、 相互接続構造を形成するために誘電体エッチングマスク
を使用して露出された金属層に湿式エッチングを行う段
階とを具備している請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 誘電体材料の第２の層を製造する段階
は、 誘電体材料の第２の層を部分的に除去し、金属導体パタ
ーンを定めるために位相マスクを使用してレーザエネル
ギで誘電体材料の第２の層を照射する段階と、 相互接続構造を形成するために誘電体材料の第２の層の
露出された表面上で金属導体パターン化された第２の金
属層を無電解メッキする段階を具備しているを含む請求
項１記載の製造方法。 - 【請求項４】 誘電体材料の第２の層を処理する段階
は、 誘電体材料の第２の層を部分的に除去し、金属導体パタ
ーンを定めるために位相マスクを使用してレーザエネル
ギで誘電体材料の第２の層を照射する段階と、 相互接続構造を形成するために誘電体材料の第２の層の
露出された表面上に金属導体パターン化された第２の金
属層を化学気相付着させる段階とを具備している請求項
１記載の製造方法。 - 【請求項５】 誘電体材料の第１の層は有機ポリマーを
含む請求項１記載の製造方法。 - 【請求項６】 有機ポリマーはポリイミドを含む請求項
５記載の製造方法。 - 【請求項７】 レーザはエキシマレーザで構成されてい
る請求項１記載の製造方法。 - 【請求項８】 基体を設ける段階と、 基体上に誘電体材料の第１の層を形成する段階と、 誘電体材料の第１の層上に金属層を形成する段階と、 相互接続構造に対応する金属導体パターンを定める予め
決められた位相パターンを有する位相マスクを金属層の
上方に配置する段階と、 相互接続構造を形成するために位相マスクを使用して金
属層を製造する段階とを具備している相互接続構造を製
造する製造方法。 - 【請求項９】 金属層を処理する段階は、位相マスクを
使用して金属パターンを直接エッチングする段階を含む
請求項８記載の製造方法。 - 【請求項１０】 基体を設ける段階と、 基体上に誘電体材料の第１の層を形成する段階と、 誘電体材料の第１の層上に金属層を形成する段階と、 金属層上に誘電体材料の第２の層を形成する段階と、 相互接続構造に対応する金属導体パターンを定める予め
決められた位相パターンを有する位相マスクを誘電体材
料の第２の層の上方に配置する段階と、 誘電体材料の第２の層を部分的に除去し、金属層を露出
させて金属導体パターンを定め、誘電体エッチングマス
クを提供するようにレーザのエネルギを使用して位相マ
スクを通して誘電体材料の第２の層を照射する段階と、 相互接続構造を形成するために誘電体エッチングマスク
を使用して露出された金属層を湿式エッチングする段階
を含むことを特徴とする相互接続構造の製造方法。 - 【請求項１１】 誘電体材料の第１の層は有機ポリマー
を含む請求項１０記載の製造方法。 - 【請求項１２】 有機ポリマーはポリイミドを含む請求
項１１記載の製造方法。 - 【請求項１３】 レーザはエキシマレーザで構成されて
いる請求項１０記載の製造方法。 - 【請求項１４】 基体を設ける段階と、 基体上に誘電体材料の第１の層を形成する段階と、 誘電体材料の第１の層上に金属層を形成する段階と、 金属層上に誘電体材料の第２の層を形成する段階と、 相互接続構造に対応する金属導体パターンを定義する予
め決められた位相パターンを有する誘電体材料の第２の
層の上に位相マスクを配置する段階と、 誘電体材料の第２の層の部分を取り除いて金属導体パタ
ーンの輪郭をはっきり示すために位相マスクを使用して
レーザエネルギで誘電体材料の第２の層を照射する段階
と、 相互接続構造を形成するために誘電体材料の第２の層の
露出された表面上に金属導体パターン化された第２の金
属層を付着させる段階とを含むことを特徴とする相互接
続構造を製造する製造方法。 - 【請求項１５】 金属導体パターン化された第２の金属
層を付着させる段階は、相互接続構造を形成するために
誘電体材料の第２の層の露出された表面上に金属導体パ
ターン化された第２の金属層を無電解メッキする段階を
含んでいる請求項１４記載の製造方法。 - 【請求項１６】 金属導体パターン化された第２の金属
層を付着させる段階は、相互接続構造を形成するために
誘電体材料の第２の層の露出された表面上に金属導体パ
ターン化された第２の金属層を化学気相付着させる段階
を含んでいる請求項１４記載の製造方法。 - 【請求項１７】 誘電体材料の第１の層は有機ポリマー
を含む請求項１４記載の製造方法。 - 【請求項１８】 有機ポリマーはポリイミドを含む請求
項１７記載の製造方法。 - 【請求項１９】 レーザはエキシマレーザで構成されて
いる請求項１４記載の製造方法。
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-
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