JPH0770525B2 - 絶縁膜への接続窓形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置や磁気バブルメモリ装置のごとく
高密度に電子回路が組込まれた電子装置に用いられる絶
縁膜への接続窓形成方法に関する。

〔従来の技術〕

LSI等半導体装置の高密度、高集積化が進むにつれ配線
が微細化し、それに伴い例えば多層配線の層間絶縁膜に
形成する接続窓の微細化も必要となる。そして、接続窓
を微細加工するにはエッチング液を用いたウエットエッ
チングのような等方的な方法ではなく、ドライエッチン
グのように異方的な方法で加工する必要がある。しかし
ながら、絶縁膜をドライエッチングで加工した場合、内
壁面の断面形状が垂直になり、配線金属を周知の方法で
上記窓内に埋込むに際し、窓の口径が微細なため内部全
体に均一に埋込めず接続窓内の付け回りが悪くなる問題
がある。この問題を解決するためには、接続窓の内壁に
テーパを付けて、接続窓内に配線金属が入り易いように
する必要がある。

従来、ポリイミド樹脂のドライエッチングによる接続窓
のテーパの形成方法については、アイ・イー・イー・イ
ー，ブイ・エム・アイ・シー会議論文集（1984年６月）
第106頁〜第114頁〔IEEE,V−MIC Conf.（June 21−22,1
984）pp 106〜114〕において論じられている。上記文献
において、RIE（REACTIVE ION ETCHING）によって、SOG
（Spin on Glass）をエッチングマスクとしてポリイミ
ド膜に接続窓を加工する場合に、O₂（酸素）ガス圧力条
件を変化させることにより窓の側面にテーパを形成でき
ることが記載されている。つまり、この方法はO₂ガスの
圧力を高め（200m Torr）に設定して垂直方向だけでな
く、水平方向もエッチングされるようにしてポリイミド
膜の接続窓の側面にテーパを付ける方法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は下地基板の段差等により同一基板内の絶
縁膜の膜厚が異なることやエッチング時間等のプロセス
条件が変動することにより水平方向の加工寸法が変動す
ることを制御する配慮がされておらず、絶縁膜の接続窓
の加工寸法精度が悪くなるという問題があった。

本発明の目的は上記従来の問題点を解決することにあ
り、絶縁膜の接続窓の側面に配線金属の付け回りを良く
する為のテーパを付けることと加工寸法精度を良くする
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は絶縁膜を半硬化の状態で耐ドライエッチング
性マスクを用いてドライエッチングによって接続窓を垂
直に加工した後、マスクを残した状態で絶縁膜を熱硬化
することにより達成される。以下に、本発明方法の特徴
点を具体的に説明する。つまり、本発明は、所望の基板
上に熱処理温度の違いにより体積が変化する絶縁膜を半
硬化の状態で形成する工程；上記絶縁膜に耐エッチング
性を有するフォトレジストマスクを介してドライエッチ
ングにより所望形状の窓を形成する工程；および上記フ
ォトレジストマスクを残した状態で絶縁膜を最終硬化す
る工程より成り、前記窓の開口部の面積を内部よりも大
としたことを特徴とする絶縁膜への接続窓形成方法であ
る。さらに具体的に特徴点を述べると、 （１）上記絶縁膜として耐熱性樹脂膜を用い、前記絶縁
膜の半硬化及びその後の最終硬化処理工程を前記耐熱性
樹脂膜の熱硬化処理温度差による二段階の熱処理工程で
行うこと。

（２）上記耐熱性樹脂膜を耐熱性有機高分子膜としたこ
と。

（３）上記耐熱性有機高分子膜がポリイミド樹脂から成
ること。

（４）上記ドライエッチング耐性を有するフォトレジス
トマスクを除去することなしに絶縁膜として使用するこ
と。

なお、上記基板とは、半導体LSIチップやバブルメモリ
装置のように配線導体層を有する電子装置を有するもの
が対象となるが、特に層間に絶縁膜の形成された多層配
線導体層を有するものが好適である。また、本発明に用
いられる絶縁膜としては、耐熱性のもので熱処理温度の
違いにより体積が変化し絶縁特性を有するものであれ
ば、いずれでもよく、有機高分子でも無機高分子でもよ
い。さらにまた、本発明の半硬化状態とは、ドライエッ
チングによりパターン化可能な或る程度の剛性を有する
もので、更に重合し得る部分を含む膜の状態をいう。そ
して、最終硬化とは文字どおり、重合が完了して絶縁膜
として完成した状態を意味する。

〔作用〕

上記のとおり、本発明においては絶縁膜が半硬化の状態
でドライエッチングによる窓開け、次いで上記絶縁膜を
最終硬化させるという二段階の熱処理工程を踏むため、
第１の半硬化の状態ではドライエッチングの効果により
窓は垂直の内壁を有する寸法精度の高い加工ができ、第
２の最終硬化においては、窓の底面（通常は配線導体が
露出している）での寸法変化は無く、上部開口部の周辺
で体積変化が起り、結果として窓の底面に比較し開口部
の面積を大とすることにより、側面にテーパを形成する
ことができ、高い寸法精度での接続窓の形成が達成され
る。また、本発明においては半硬化の状態で絶縁膜にド
ライエッチングにより窓開けした後、レジストマスクを
除去することなく、そのまま残した状態で最終硬化処理
を行なうので、半硬化状態でマスクを除去する場合のレ
ジスト除去溶剤等による下地絶縁膜のダメージを回避す
ることができる。さらにはレジストマスクが下地絶縁膜
と一体となって絶縁膜の作用をする。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図の半導体装置の製造工
程図により説明する。

第１図（ａ）はAl配線等を有する基板１上にポリイミド
絶縁膜として例えばPIQ（日立化成工業、登録商標）を
スピン塗布し180〜200℃で第１段階の半硬化状態の熱処
理した膜厚約2.5μｍの絶縁膜２の上にO₂RIE耐性を有す
るフォトレジストをスピン塗布し、80〜95℃でプリベー
クした後、所要のパターンを有するフォトマスクを介し
て最適露光量を露光後、現像してパターニングしたO₂RI
E耐性レジスト３からなる。

第１図（ｂ）においてO₂圧力10m Torr以下の低圧のO₂RI
EでO₂RIE耐性レジスト３をエッチングマスクにして絶縁
膜２を垂直に加工し接続窓４を形成する。

次に第２段階の最終硬化処理として300〜350℃、N₂中の
熱処理により絶縁膜２を熱硬化する。

第１図（ｃ）は熱処理後の工程図であり、接続窓４の側
面にはテーパが形成されるが、接続窓底面の寸法は変化
しないため、O₂RIEでの加工精度がそのまま確保でき、
膜厚2.2〜2.3μｍで接続窓側面のテーパ角60〜80°の絶
縁膜２が得られる。

なお、実施例では絶縁膜としてPIQを用いた場合につい
て説明したが、熱処理温度の違いによって体積が変化し
絶縁膜の特性を満たし接続窓の加工が可能なものであれ
ばいずれでもよいことはもちろんである。一例として、
下記第１表に、その他のポリイミド樹脂につき例示し
た。

また、接続窓側面のテーパ角は絶縁膜の第１段階の熱硬
化処理工程と第２段階の最終熱硬化処理工程の熱処理温
度等の条件を選定することにより、50〜90°の範囲で所
要の値を得ることができる。

〔発明の効果〕 本発明によれば、絶縁膜の接続窓の側面に任意のテーパ
を付けることができ、しかも精度良く加工できるので、
多層配線の微細化、高集積化に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例の工程を示す
断面図、第１図（ｄ）は（ｃ）の部分拡大図である。 図において、 １……基板、２……絶縁膜 ３……レジスト膜、４……接続窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庄子 房次 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 加藤 登季男 群馬県高崎市西横手町111番地 株式会社 日立製作所高崎工場内 (56)参考文献 特開 昭63−96923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−24628（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所望の基板上に熱処理温度の違いにより体
   積が変化する絶縁膜を半硬化の状態で形成する工程；上
   記絶縁膜にドライエッチング耐性を有するフォトレジス
   トマスクを介してドライエッチングにより所望形状の窓
   を形成する工程；および上記フォトレジストマスクを残
   した状態で絶縁膜を最終硬化する工程より成り、前記窓
   の開口部の面積を内部よりも大としたことを特徴とする
   絶縁膜への接続窓形成方法。
2. 【請求項２】上記絶縁膜として耐熱性樹脂膜を用い、前
   記絶縁膜の半硬化及びその後の最終硬化処理工程を前記
   耐熱性樹脂膜の熱硬化処理温度差による二段階の熱処理
   工程で行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の絶縁膜への接続窓形成方法。
3. 【請求項３】上記耐熱性樹脂膜を耐熱性有機高分子膜と
   したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の絶縁
   膜への接続窓形成方法。
4. 【請求項４】上記耐熱性有機高分子膜がポリイミド樹脂
   から成ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   絶縁膜への接続窓形成方法。