JPH08241894A - Laser abrasion processing method - Google Patents
Laser abrasion processing methodInfo
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- JPH08241894A JPH08241894A JP4408295A JP4408295A JPH08241894A JP H08241894 A JPH08241894 A JP H08241894A JP 4408295 A JP4408295 A JP 4408295A JP 4408295 A JP4408295 A JP 4408295A JP H08241894 A JPH08241894 A JP H08241894A
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- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/0011—Working of insulating substrates or insulating layers
- H05K3/0017—Etching of the substrate by chemical or physical means
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- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はＬＳＩやＶＬＳＩなどの
半導体集積回路および複数の半導体集積回路を搭載する
多層配線基板の形成に当たって効果的なレーザ・アアブ
レーション加工方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser ablation processing method effective in forming a semiconductor integrated circuit such as an LSI or VLSI and a multilayer wiring board on which a plurality of semiconductor integrated circuits are mounted.
【０００２】大量の情報を高速に処理する必要から情報
処理装置は小型大容量化が行われており、この装置の主
体を構成する半導体装置は単位素子の小型化により大容
量化が行われてＬＳＩやＶＬＳＩなどの集積回路が実用
化されている。Information processing devices have been downsized and increased in capacity because high-speed processing of a large amount of information has been performed, and semiconductor devices which are the main components of this device have been increased in capacity by downsizing unit elements. Integrated circuits such as LSI and VLSI have been put into practical use.
【０００３】また、これらの集積回路を搭載する基板は
熱伝導性の優れたアルミナ（Ａl2Ｏ 3 ）や窒化アルミ
（Ａl Ｎ）などからなるセラミック多層基板が用いられ
ており、この多層基板は信号層，接地層，電源層などか
ら構成され、それぞれ、薄膜形成技術と写真蝕刻技術
（ホトリソグラフィ）を使用して配線がパターン形成さ
れており、また、それぞれの層に設けてあるビア（Via
）により立体回路が形成されていて、信号層上の半導
体集積回路を駆動するよう構成されている。The substrate on which these integrated circuits are mounted is
Alumina with excellent thermal conductivity (Al2O 3) Or aluminum nitride
A ceramic multilayer substrate made of (AlN) or the like is used.
This multi-layer board is a signal layer, ground layer, power layer, etc.
Thin film forming technology and photo-etching technology, respectively.
Wiring is patterned using (photolithography)
And the vias (Via
) Form a three-dimensional circuit, and the semiconductor on the signal layer
It is configured to drive a body integrated circuit.
【０００４】また、薄膜回路基板も多層化されている
が、ＬＳＩの駆動に際して発熱を伴うことから層間絶縁
層の構成材料としては耐熱性と絶縁性が優れていること
が必要であり、有機絶縁材料としてはポリイミドなど耐
熱性の優れた低誘電率の樹脂が使用されている。Although the thin film circuit board is also multi-layered, since heat is generated when driving the LSI, it is necessary that the interlayer insulating layer has excellent heat resistance and insulating properties. As the material, a resin having a low dielectric constant such as polyimide having excellent heat resistance is used.
【０００５】こゝで、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体集
積回路は単位素子の小型化に伴い、信号線路の最小線幅
がサブミクロン（Sub-micron) に達しており、そのた
め、集積回路を搭載する基板の信号線路としてはサブミ
クロンの線幅のものが錯綜してパターン形成されてい
る。Here, in semiconductor integrated circuits such as LSI and VLSI, the minimum line width of the signal line has reached sub-micron (Sub-micron) with the miniaturization of the unit element, and therefore the integrated circuit is mounted. As the signal line of the substrate, a submicron line width is complicatedly patterned.
【０００６】このように、半導体集積回路の層間絶縁層
として、また、半導体集積回路を搭載する多層配線基板
の信号層の形成材料としてＳi Ｏ2 やＳi3Ｎ4 と共にポ
リイミドが用いられているが、本発明はポリイミドやエ
ポキシなどの合成樹脂（ポリマ）からなる絶縁層への孔
開けや絶縁層上への配線の形成に当たって効果的なレー
ザ・アブレーション加工方法に関するものである。As described above, polyimide is used together with SiO 2 and Si 3 N 4 as an interlayer insulating layer of a semiconductor integrated circuit and as a forming material of a signal layer of a multilayer wiring board on which the semiconductor integrated circuit is mounted. The present invention relates to an effective laser ablation method for forming a hole in an insulating layer made of a synthetic resin (polymer) such as polyimide or epoxy or forming a wiring on the insulating layer.
【０００７】[0007]
【従来の技術】ポリマを層間絶縁層とする多層配線基板
にビアを形成する方法としてエキシマレーザによるアブ
レーション（Ablation, 溶発) 加工が効果的である。Ablation by an excimer laser is effective as a method for forming vias in a multilayer wiring board using a polymer as an interlayer insulating layer.
【０００８】こゝで、エキシマレーザはアルゴン（Ａr
）やクリプトン（Ｋr ）などの希ガスと弗素（Ｆ）や
塩素（Ｃl ）などのハロゲンとの励起子を利用したガス
レーザであって、高強度の紫外線を発振すると云う特徴
がある。At this point, the excimer laser is
) Or krypton (Kr) and excitons of a rare gas such as fluorine (F) or chlorine (Cl), and is characterized by oscillating high intensity ultraviolet light.
【０００９】なお、通常の有機物は紫外域に強い吸収を
有することから、エキシマレーザのようにピーク強度が
〜100 ＭＷ／cm2 と強い光パルスを照射すると、一瞬の
うちに化学結合が破壊されて表面層が蒸発してしまう
が、この現象をアブレーションと言い、レーザ・アブレ
ーション加工はこの現象を利用するものである。Since ordinary organic substances have strong absorption in the ultraviolet region, when a strong light pulse with a peak intensity of up to 100 MW / cm 2 is irradiated like an excimer laser, the chemical bond is destroyed in an instant. The surface layer evaporates, but this phenomenon is called ablation, and the laser ablation process utilizes this phenomenon.
【００１０】こゝで、エキシマレーザを構成する希ガス
とハロゲンとの組合せは多数あるが、材料加工でよく使
用されるものは、弗化クリプトン（Ｋr Ｆ，波長248nm
），塩化クセノン（Ｘe Ｃl,波長308nm ），弗化アル
ゴン（Ａr Ｆ，波長193nm ）などである。一方、レーザ
加工法として従来より使用されているイットニウム・ア
ルミニウム・ガーネットレーザ（略称ＹＡＧレーザ，波
長1.06μm ) や炭酸ガスレーザ（ＣＯ2 レーザ, 波長1
0.6μm ）は赤外線の熱エネルギーを使用するために層
間絶縁層に対する熱的損傷が大きく、また、赤外線であ
るためにスポット径を小さくすることが難しく、微細な
加工を行うには適していない。Here, there are many combinations of rare gas and halogen which compose an excimer laser, but the one often used in material processing is krypton fluoride (Kr F, wavelength 248 nm).
), Xenon chloride (Xe Cl, wavelength 308 nm), argon fluoride (Ar F, wavelength 193 nm) and the like. On the other hand, ytnium aluminum garnet laser (abbreviated as YAG laser, wavelength 1.06 μm) and carbon dioxide gas laser (CO 2 laser, wavelength 1
0.6 μm) uses infrared thermal energy, so that thermal damage to the interlayer insulating layer is large, and since it is infrared, it is difficult to reduce the spot diameter, which is not suitable for fine processing.
【００１１】さて、エキシマレーザを使用してビア孔形
成のような微細加工を行うに当たっての問題は光学装置
（投影レンズ）が高価につくことである。すなわち、エ
キシマレーザ光を層間絶縁層の上に集光して直径が約10
μm のスポットとするにはレンズを使用する必要がある
が、エキシマレーザの波長が短いために高い透過性をも
つ材料は石英( Ｓi Ｏ2 ),弗化カルシウム（Ｃa
Ｆ2 ），弗化マグネシウム（Ｍg Ｆ2 ），弗化リチウム
（Ｌi Ｆ）の何れかに限られ、また、この材料の中に不
純物やクラックなどの構造欠陥が存在すると、この部分
でレーザ光の吸収を生じて光学材料が破壊されたり、エ
ネルギー損失を生じたりする。A problem in performing fine processing such as via hole formation using an excimer laser is that an optical device (projection lens) is expensive. That is, the excimer laser light is focused on the interlayer insulating layer and the diameter is about 10
It is necessary to use a lens to make a spot of μm, but quartz (SiO 2 ), calcium fluoride (Ca
F 2 ), magnesium fluoride (Mg F 2 ), lithium fluoride (Li F), and if structural defects such as impurities or cracks exist in this material, laser light is emitted at this portion. The absorption of light causes destruction of the optical material and energy loss.
【００１２】また、エキシマレーザは他のレーザに比較
してコヒーレント性が低いことから、10μm 以下の微小
スポットを解像するような分解能の高い投影レンズを実
現するには、構造欠陥の少ない高価な材料を用い、ま
た、レンズの構成枚数を多くする必要があることから非
常に高価になると云う問題がある。Further, since the excimer laser has lower coherence than other lasers, it is expensive and has few structural defects in order to realize a projection lens with high resolution capable of resolving a minute spot of 10 μm or less. There is a problem that it becomes very expensive because it requires the use of materials and the number of lenses to be formed is large.
【００１３】次に、ＬＳＩやＶＬＳＩなど集積度が向上
した半導体集積回路の信号線路を形成している配線につ
いては、最小線幅がサブミクロン（Sub-ｍicron)にまで
微小化しているが、それぞれの単位素子を駆動するには
一定の電流が必要で、そのため、配線の線幅が縮小する
のに比例して高さを増加する必要があり、配線のアスペ
クト比(Aspect-ratio)は集積度の向上と共に増加してい
る。Next, regarding wirings forming signal lines of semiconductor integrated circuits with improved integration such as LSI and VLSI, the minimum line width is reduced to sub-micron. Since a constant current is required to drive the unit element of, the height of the wiring must be increased in proportion to the reduction of the wiring line width, and the wiring aspect ratio (Aspect-ratio) is Is increasing with the improvement of.
【００１４】こゝで、配線の形成材料として銅（Ｃu ）
が一般に使用されているが、Ｃu を含めて通常の金属は
絶縁層を形成するポリマとの密着力が劣り、また、Ｃu
原子はポリマ中にマイグレーション（移動）し易く、絶
縁性を低下させると云う問題がある。Copper (Cu) is used as a wiring forming material.
Is commonly used, but ordinary metals including Cu have poor adhesion to the polymer forming the insulating layer, and Cu is also used.
Atoms are apt to migrate (migrate) into the polymer, and there is a problem that the insulating property is deteriorated.
【００１５】この現象は特に、Ｃu からなる配線がパタ
ーン形成してある基板上にポリイミド層に形成する場合
に顕著である。すなわち、ポリイミド層の形成法として
は、基板上にポリアミック酸を塗布し、乾燥して後に加
熱して脱水させて形成する方法が採られるが、この段階
でＣu が部分的にポリアミック酸に溶解し、これが原因
でＣu 原子がポリマ中に侵入すると云う問題がある。This phenomenon is particularly noticeable when the wiring made of Cu is formed on the polyimide layer on the substrate on which the pattern is formed. That is, as a method for forming the polyimide layer, a method in which polyamic acid is applied on a substrate, dried, and then heated and dehydrated is formed. At this stage, Cu is partially dissolved in the polyamic acid. However, there is a problem that Cu atoms penetrate into the polymer due to this.
【００１６】また、一般に金属とポリマとの接着性は悪
く、金属の接着面積が少ないほど、この傾向は顕著とな
る。そこで、ポリイミド層とＣu 配線との接着性を向上
する方法として、その間に厚さが1000Å程度のクローム
（Ｃr)やチタン（Ｔi ），ニッケル（Ｎi ），モリブデ
ン（Ｍo ）などの薄膜を介在させて接着力を向上させる
手法が採られており、これらの金属よりなる接着強化膜
はバリア膜と言われている。In general, the adhesion between metal and polymer is poor, and this tendency becomes more remarkable as the adhesion area of metal decreases. Therefore, as a method of improving the adhesion between the polyimide layer and the Cu wiring, a thin film of chrome (Cr), titanium (Ti), nickel (Ni), molybdenum (Mo) having a thickness of about 1000Å is interposed between them. Adhesion-enhancing films made of these metals are called barrier films.
【００１７】こゝで、半導体素子の集積度が少なく、配
線相互の間隔に余裕があり、Ｃu 原子のマイグレーショ
ンを考慮する必要がない状態では、バリア層はＣu 配線
とポリイミド層との間だけに設ければよいが、集積度が
向上してアスペクト比が増加するに従い、Ｃu 配線の側
面および表面にもマイグレーション防止用のバリア膜を
設ける必要が生じてきた。然し、配線が微小化し、ま
た、アスペクト比が増加していることから、Ｃu 配線の
側面および表面にバリア膜を設けることは容易ではな
い。Here, in the state where the degree of integration of the semiconductor element is small, the distance between the wirings is large, and it is not necessary to consider the migration of Cu atoms, the barrier layer is provided only between the Cu wiring and the polyimide layer. It may be provided, but as the degree of integration is improved and the aspect ratio is increased, it has become necessary to provide a barrier film for preventing migration on the side surface and the surface of the Cu wiring. However, since the wiring is miniaturized and the aspect ratio is increased, it is not easy to provide the barrier film on the side surface and the surface of the Cu wiring.
【００１８】[0018]
【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザを使用
するアブレーション加工は集積回路を搭載するポリマよ
りなる層間絶縁層にビアを形成するのに適した加工方法
である。然し、直径が10μm 程度のビアを孔開けするに
は、高解像度レンズを備えた光学系を使用する必要があ
ることが問題で、半導体装置のコスト低減のためには比
較的低解像度のレンズを使用しても微細なビア孔形成を
可能にする方法が必要で、この方法の実用化が課題であ
る。Ablation processing using an excimer laser is a processing method suitable for forming a via in an interlayer insulating layer made of a polymer for mounting an integrated circuit. However, it is necessary to use an optical system equipped with a high-resolution lens in order to open a via hole with a diameter of about 10 μm. To reduce the cost of semiconductor devices, a relatively low-resolution lens should be used. A method that enables formation of fine via holes even when used is necessary, and the practical application of this method is an issue.
【００１９】また、ＬＳＩやＶＬＳＩのように集積度の
向上した集積回路においては、信号線路は高密度化し、
アスペクト比の高い配線が微小な間隔を保ってパターン
形成されているが、Ｃu 原子のマイグレーションによる
絶縁の低下あるいは短絡を防ぐため、Ｃu 配線の側面お
よび表面にもマイグレーション防止用のバリア膜を設け
る必要があり、この方法の実用化が課題である。In an integrated circuit having a high degree of integration such as LSI and VLSI, the signal line has a high density,
The wiring with a high aspect ratio is formed with a minute interval, but it is necessary to provide a barrier film for migration prevention on the side surface and the surface of the Cu wiring in order to prevent the deterioration of the insulation or the short circuit due to the migration of Cu atoms. Therefore, the practical application of this method is an issue.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】上記の課題の内、前者は
エキシマレーザによるアブレーション加工によって層間
絶縁層に孔開けを行う際に、絶縁層上にこの絶縁層形成
材料よりもアブレーション閾値の高い材料よりなるバリ
ア膜を形成しておき、少なくともビア孔の半分が解像可
能なレンズを用いてエキシマレーザを照射してアブレー
ション加工を行い、ビア孔を形成することにより実現す
ることができる。Among the above-mentioned problems, the former is a material having a higher ablation threshold than the insulating layer forming material on the insulating layer when the interlayer insulating layer is perforated by ablation processing by an excimer laser. This can be achieved by forming a barrier film made of, forming a via hole by performing an ablation process by irradiating an excimer laser with a lens capable of resolving at least half of the via hole.
【００２１】また、後者はアスペクト比の高い配線がパ
ターン形成してある絶縁層上に、カバーレッジ良くバリ
ア金属を膜形成した後、この絶縁層にバリア膜がアブレ
ーションするも配線がアブレーションしないフルエンス
のエキシマレーザを照射し、配線の側面および表面を除
いて絶縁層上のバリア膜を除去することにより実現する
ことができる。The latter is a fluence in which a barrier metal film is formed on the insulating layer on which the wiring having a high aspect ratio is patterned with good coverage and then the barrier film is ablated on the insulating layer, but the wiring is not ablated. This can be achieved by irradiating an excimer laser and removing the barrier film on the insulating layer except the side surface and the surface of the wiring.
【００２２】[0022]
【作用】発明者は高解像度のレンズを使用することな
く、エキシマレーザ光を集光して孔径が約10μm のビア
孔を形成する方法として絶縁層を形成するポリマよりも
アブレーション閾値の高い材料よりなるバリア膜を予め
ビア孔形成位置に積層して形成しておき、このバリア膜
をマスクとしてアブレーション加工を施すことにより絶
縁層にパターン精度の高いビア孔を形成するものであ
る。The inventor has a method of concentrating excimer laser light to form a via hole having a hole diameter of about 10 μm without using a high-resolution lens. This barrier film is formed by laminating it in advance at the via hole forming position, and the barrier film is used as a mask to perform an ablation process to form a via hole with high pattern accuracy in the insulating layer.
【００２３】図２はこれを説明するもので、絶縁層とし
てポリイミドを、また、バリア膜としてクローム（Ｃr
）膜を使用し、横軸にはフルエンス（Fluence,レーザ
の１パルス当たりのエネルギー密度,mＪ／cm2 ・パル
ス) を、また、縦軸には１パルス当たりのアブレーショ
ン深さ（μm ／パルス）をとった場合の両者の関係を示
している。FIG. 2 illustrates this by using polyimide as an insulating layer and chrome (Cr) as a barrier film.
) A film is used, the horizontal axis shows the fluence (Fluence, energy density per pulse of laser, mJ / cm 2 · pulse), and the vertical axis shows ablation depth (μm / pulse) per pulse. The relationship between the two is shown.
【００２４】すなわち、両者共に材料で決まるフルエン
スからアブレーション加工が始まるが、その閾値はポリ
イミドについては約0.07であるのに対してＣr は約0.28
と大きい。そこで、このＣr の閾値より大きなフルエン
スのエキシマレーザを照射してＣr 膜よりなるバリア膜
をアブレーションして孔開けした後、このバリア膜をマ
スクとしてポリイミド層にビア孔を形成するものであ
る。That is, the ablation process starts from the fluence determined by the material of both, and the threshold value is about 0.07 for polyimide, while Cr is about 0.28.
And big. Therefore, after irradiating an excimer laser having a fluence larger than the threshold value of Cr to ablate and open a barrier film made of a Cr film, a via hole is formed in the polyimide layer using the barrier film as a mask.
【００２５】このようにすると、レンズの解像度が低く
てスポット径が拡がった場合でもフルエンスが0.28 mＪ
／cm2 ・パルスよりも少ない照射位置ではアブレーショ
ンが生じないので、高精度のパターン形成を行うことが
できる。With this arrangement, even if the resolution of the lens is low and the spot diameter is expanded, the fluence is 0.28 mJ.
Since ablation does not occur at irradiation positions less than / cm 2 · pulse, highly accurate pattern formation can be performed.
【００２６】図１は本発明の原理図であって、絶縁層に
例えば10μm のビア孔を形成する場合は同図の上段の図
に示すように、例えば100 μm の孔の開いているマスク
を用いて直径が100 μm のスポットのレーザ光１を作
り、次に、レンズを用いて集光して絶縁層の上に目的と
するスポット径が10μm のレーザ光２を集光すると中段
の図に示すように光強度は増加し、このレーザ光による
アブレーションが行われて絶縁層３にビア孔４が形成さ
れる。FIG. 1 is a diagram showing the principle of the present invention. When a via hole of, for example, 10 μm is formed in an insulating layer, a mask having a hole of, for example, 100 μm is used as shown in the upper diagram of FIG. A laser beam 1 with a spot diameter of 100 μm is made by using it, and then a laser beam 2 with a target spot diameter of 10 μm is focused on the insulating layer by using a lens. As shown, the light intensity increases, and ablation by this laser light is performed to form a via hole 4 in the insulating layer 3.
【００２７】こゝで、同図（Ａ）は理想的なレンズを用
いてレーザ光を集光してアブレーション加工を行った場
合で、基板に対して直角なビア孔を開けることができ
る。一方、同図（Ｃ）は現実に使用されている高解像度
レンズを使用してアブレーション加工を行った場合であ
り、理想的なレンズは存在せず、集光したレーザ光２は
多少なりとも光強度分布を有することから、スポット径
が10μm より外れた領域にアブレーションを生ずる閾値
５よりも大きなレーザ光６の照射領域が存在するために
僅かながらアブレーションを生じ、これにより開口部が
拡がることが避けられない。Here, FIG. 3A shows a case where laser light is condensed by using an ideal lens to perform ablation processing, and a via hole perpendicular to the substrate can be formed. On the other hand, FIG. 6C shows the case where the ablation process is performed using a high resolution lens that is actually used, there is no ideal lens, and the focused laser beam 2 is a little light. Since it has an intensity distribution, there is a slight ablation due to the irradiation area of the laser beam 6 larger than the threshold value 5 that causes ablation in the area where the spot diameter deviates from 10 μm, and it is possible to avoid expanding the opening. I can't.
【００２８】一方、同図（Ｂ）は低解像度レンズを使用
して集光した場合で、中段の図に示すようにレーザ光２
の裾の部分の光強度が絶縁層形成材料がアブレーション
を生ずる絶縁層の閾値５よりも大きなことから、すり鉢
状のビア孔７が生じることになる。On the other hand, FIG. 3B shows a case where light is condensed by using a low resolution lens, and the laser beam 2 is used as shown in the middle figure.
Since the light intensity of the skirt portion is higher than the threshold value 5 of the insulating layer in which the insulating layer forming material causes ablation, a mortar-shaped via hole 7 is generated.
【００２９】そこで、本発明は同図（Ｄ）の下段に示す
ように絶縁層３の上に、この絶縁層形成材料よりもアブ
レーション閾値の高い材料からなるバリア膜９を形成し
ておき、このバリア膜９の形成材料のアブレーション閾
値８よりも大きな光強度のレーザ光２を照射することに
よりバリア膜９を孔開けし、この孔開け部がマスクとし
て作用することにより、裾の部分の光強度をもつレーザ
光によるアブレーションを阻止するものであり、これに
より直角なビア孔を形成することができる。Therefore, according to the present invention, a barrier film 9 made of a material having an ablation threshold higher than that of the insulating layer forming material is formed on the insulating layer 3 as shown in the lower part of FIG. The barrier film 9 is perforated by irradiating the laser light 2 having a light intensity higher than the ablation threshold value 8 of the material forming the barrier film 9, and the perforated portion acts as a mask, so that the light intensity of the skirt portion is increased. It prevents ablation by laser light having an angle of .gamma., Whereby a right-angled via hole can be formed.
【００３０】なお、低解像度のレンズと云ってもレーザ
光の中心部の強度を下げないためにビア径の1/2 程度の
スケールが分解可能なレンズであることが必要である。
次に、バリア膜の形成材料の必要条件は、アブレーショ
ンが生ずる閾値以下の光強度では下層の絶縁膜が溶けた
り、クラックが生ずるなどの形状変化がなく、閾値より
高い光強度では急速にアブレーションを生ずることが必
要であり、 融点が高く、昇華性をもつか、或いは融点と沸点ま
たは分解温度が接近している材料、 熱伝導性の劣る材料、 が好ましく、後者はシャープなエッジを得るために必要
であり、これに該当する金属としてはクローム（Ｃr ）
やチタン（Ｔi ）の薄膜、非金属としては二酸化シリコ
ン（Ｓi Ｏ2 ）やＣr ，Ｔi の酸化物であるＣr2Ｏ3 や
Ｔi Ｏ2 を挙げることができる。Even if it is called a low resolution lens, it is necessary to be a lens capable of resolving a scale of about 1/2 of the via diameter so as not to reduce the intensity of the central portion of the laser beam.
Next, the necessary conditions for the material for forming the barrier film are that there is no change in shape such as melting or cracking of the underlying insulating film at light intensity below the threshold value at which ablation occurs, and rapid ablation at light intensity above the threshold value. It is necessary to generate, a material having a high melting point and having a sublimation property, or a material having a melting point close to a boiling point or a decomposition temperature, or a material having poor thermal conductivity, the latter is preferable for obtaining a sharp edge. Necessary and applicable metal is chrome (Cr)
Thin and titanium (Ti), as the non-metal may be mentioned Cr 2 O 3 and Ti O 2 an oxide of silicon dioxide (Si O 2) or Cr, Ti.
【００３１】すなわち、Ｃr やＴi は金属であることか
ら熱伝導性は良いが、薄膜とすることにより熱抵抗を高
めることができる。なお、バリア膜として金属の酸化膜
を使用する場合には酸化物をスパッタしてバリア膜を形
成する方法の他に、スパッタ法などにより金属の薄膜を
形成した後、酸素（Ｏ2 ) 雰囲気中でレーザ照射を行っ
て酸化させ、選択的に酸化物として使用すると効果的で
ある。That is, since Cr and Ti are metals, they have good thermal conductivity, but a thin film can increase the thermal resistance. When a metal oxide film is used as the barrier film, in addition to the method of forming a barrier film by sputtering an oxide, a metal thin film is formed by a sputtering method or the like, and then, in an oxygen (O 2 ) atmosphere. It is effective to oxidize it by irradiating it with a laser and selectively use it as an oxide.
【００３２】次に、アスペクト比の高い配線の側面およ
び表面にバリア膜を形成する方法として、本発明は材料
の種類と厚さおよび状態によりアブレーションされる閾
値が異なるのを利用し、配線部分を除いてバリア膜をア
ブレーション加工して除くものである。Next, as a method of forming a barrier film on the side surface and the surface of a wiring having a high aspect ratio, the present invention utilizes the fact that the ablated threshold value differs depending on the type, thickness and state of the material, and Except for this, the barrier film is ablated and removed.
【００３３】エキシマレーザを使用するアブレーション
加工は紫外域に強い吸収を有するポリマなどの有機物に
対して有効な手段であるが、薄い金属膜に対しては別の
理由からアブレーションを起こさせることができる。す
なわち、金属薄膜にレーザ光を照射すると、照射部の光
エネルギーの相当な部分は熱エネルギーに変換される
が、熱の伝導性が悪いために金属膜の温度が急上昇し、
金属の沸点に達してアブレーションを生ずる。The ablation process using an excimer laser is an effective means for organic substances such as polymers having a strong absorption in the ultraviolet region, but it is possible to cause ablation for thin metal films for other reasons. . That is, when a metal thin film is irradiated with laser light, a considerable part of the light energy of the irradiation part is converted into heat energy, but the temperature of the metal film sharply rises due to poor heat conductivity,
The boiling point of the metal is reached and ablation occurs.
【００３４】すなわち、金属膜に対するアブレーション
は金属の種類と厚さにより決まり、レーザ光を照射した
際にアブレーションが始まるフルエンス（１パルス当た
り単位面積に照射されるエネルギー密度）は金属膜が薄
いほど少なくなる。That is, the ablation of a metal film is determined by the type and thickness of the metal, and the fluence (energy density irradiated per unit area per pulse per unit pulse) when laser light is irradiated is smaller as the metal film is thinner. Become.
【００３５】図２はＣr について膜厚を変えた場合につ
いてフルエンスと加工深さ（エッチングレート）との関
係を示すもので、Ｃr 膜が薄いほど小さなフルエンスで
アブレーションできることを示している。FIG. 2 shows the relationship between the fluence and the working depth (etching rate) when the film thickness of Cr is changed, and shows that the thinner the Cr film is, the smaller the fluence can be ablated.
【００３６】そこで、Ｃu などの金属よりなる配線の上
に一様な厚さにＣr 膜が膜形成してある場合、Ｃr 膜の
アブレーションが生ずるフルエンスのレーザ光を照射す
ると、配線上のＣr 膜は厚さが増加して熱伝導性が向上
した場合と等価であることからアブレーションは生じな
い。そこで本発明は、配線を含む基板上にバリア膜を形
成し、基板上のバリア膜をアブレーションするフルエン
スのレーザ光を照射することにより配線の側面および表
面を除いてバリア膜を除去するものである。Therefore, when the Cr film is formed on the wiring made of a metal such as Cu to have a uniform thickness, when the fluence laser beam causing the ablation of the Cr film is irradiated, the Cr film on the wiring is irradiated. Is equivalent to the case where the thickness is increased and the thermal conductivity is improved, so that ablation does not occur. Therefore, in the present invention, a barrier film is formed on a substrate including wiring, and the barrier film is removed except for the side surface and the surface of the wiring by irradiating a laser beam of fluence that ablates the barrier film on the substrate. .
【００３７】[0037]
実施例１：（絶縁層にポリイミド層を、また、バリア膜
にＣr を用いビアを形成した例） ガラス基板の上に絶縁層として厚さが10μm のポリイミ
ド層を形成した後、この上にＣr をスパッタして厚さが
800 Åのバリア膜を形成した。Example 1 (Example of forming polyimide layer as insulating layer and via for Cr as barrier film) After forming a polyimide layer having a thickness of 10 μm as an insulating layer on a glass substrate, Cr was formed thereon. Spatters the thickness
A barrier film of 800 Å was formed.
【００３８】次に、８μm のパターンを解像可能（解像
度８μm ）のレンズを備えた光学系を使用し、スポット
径が10μm のＫr Ｆエキシマレーザ（波長248nm ）を照
射してビア孔を形成した。Next, an optical system equipped with a lens capable of resolving a pattern of 8 μm (resolution: 8 μm) was used, and a Kr F excimer laser (wavelength 248 nm) having a spot diameter of 10 μm was irradiated to form a via hole. .
【００３９】こゝで、フルエンス（Fluence,レーザの１
パルス当たりのエネルギー密度) は400mＪ／cm2 ・パル
スであり、ショット数は200 パルスである。その結果、
従来のようにバリア膜を用いない場合はビア孔の開口径
が18μm で孔の底部径が７μm であったのに対し、本発
明の実施により孔開口径10μm 、孔底部径７μm に改良
することができた。 実施例２：（絶縁層にポリイミド層を、バリア膜にＴi
を使用し、酸化してビアを形成した例） ガラス基板の上に絶縁層として厚さが10μm のポリイミ
ド層を形成した後、この上にＴi をスパッタして厚さが
1000Åのバリア膜を形成した。This is the fluence (Fluence, laser 1
The energy density per pulse) is 400 mJ / cm 2 · pulse, and the number of shots is 200 pulses. as a result,
When the barrier film is not used as in the past, the via hole has an opening diameter of 18 μm and the bottom portion has a diameter of 7 μm. However, by implementing the present invention, it is possible to improve the aperture diameter to 10 μm and the bottom portion diameter of 7 μm. I was able to. Example 2: (Polyimide layer as insulating layer and Ti as barrier film)
Example of forming vias by oxidation by using) After forming a polyimide layer with a thickness of 10 μm as an insulating layer on a glass substrate, sputter Ti on it to form a polyimide layer with a thickness of 10 μm.
A barrier film of 1000Å was formed.
【００４０】次に、解像度８μm のレンズを備えた光学
系を使用し、スポット径が10μm のＫr Ｆエキシマレー
ザをＯ2 雰囲気中で照射してビア孔を形成した。こゝ
で、フルエンスは400mＪ／cm2 ・パルスであり、ショッ
ト数は200 パルスである。Then, an optical system equipped with a lens having a resolution of 8 μm was used, and a Kr F excimer laser having a spot diameter of 10 μm was irradiated in an O 2 atmosphere to form a via hole. Here, the fluence is 400 mJ / cm 2 · pulse and the number of shots is 200 pulses.
【００４１】その結果、従来のようにバリア膜を用いな
い場合はビア孔の開口径が18μm で孔の底部径が７μm
であったのに対し、本発明の実施により孔開口径９μm
、孔底部径７μm に改良することができた。 実施例３：（絶縁層にポリイミド層を、バリア膜にＳi
Ｏ2 を使用してビアを形成した例） ガラス基板の上に絶縁層として厚さが60μm のポリイミ
ド層を形成した後、この上にＳi Ｏ2 をスパッタして厚
さが1000Åのバリア膜を形成した。As a result, when the barrier film is not used as in the conventional case, the opening diameter of the via hole is 18 μm and the bottom diameter of the hole is 7 μm.
On the other hand, the hole opening diameter of 9 μm
The diameter of the bottom of the hole could be improved to 7 μm. Example 3: (Polyimide layer as insulating layer and Si as barrier film)
Example of forming vias using O 2 ) After forming a polyimide layer with a thickness of 60 μm as an insulating layer on a glass substrate, sputter SiO 2 on top of this to form a barrier film with a thickness of 1000 Å. Formed.
【００４２】次に、解像度８μm のレンズを備えた光学
系を使用し、スポット径が20μm のＫr Ｆエキシマレー
ザを照射してビア孔を形成した。こゝで、フルエンスは
600mＪ／cm2 ・パルスであり、ショット数は200 パルス
である。Next, an optical system equipped with a lens having a resolution of 8 μm was used to irradiate a Kr F excimer laser having a spot diameter of 20 μm to form a via hole. This is the fluence
It is 600 mJ / cm 2 · pulse and the number of shots is 200 pulses.
【００４３】その結果、従来のようにバリア膜を用いな
い場合はビア孔の開口径が30μm で孔の底部径が５μm
であったのに対し、本発明の実施により孔開口径17μm
、孔底部径５μm に改良することができた。 実施例４：（Ｃu 配線の表面，側面および底面にバリア
膜を形成した例、図３関連） ガラス基板上に厚さが約10μm のポリイミド膜11を成膜
した後、基板の全域にＣr 膜12を1000Åの厚さにスパッ
タし、次に、この上にメッキレジストをスピンコート
し、乾燥した後、写真蝕刻技術を用いて配線パターン形
成領域を窓開けし、電解メッキ法を適用してＣr 膜12の
上に厚さが５μm のＣu 配線13を形成してからメッキレ
ジストを除いた。As a result, when the barrier film is not used as in the conventional case, the opening diameter of the via hole is 30 μm and the bottom diameter of the hole is 5 μm.
In contrast, the implementation of the present invention resulted in a hole opening diameter of 17 μm.
It was possible to improve the hole bottom diameter to 5 μm. Example 4: (Example of Barrier Film Formed on Surface, Side and Bottom of Cu Wiring, Related to FIG. 3) After forming a polyimide film 11 having a thickness of about 10 μm on a glass substrate, a Cr film is formed on the entire area of the substrate. 12 is sputtered to a thickness of 1000Å, and then a plating resist is spin-coated on this and dried, and then a wiring pattern formation region is opened by photolithography, and electrolytic plating is applied to apply Cr. A Cu wiring 13 having a thickness of 5 μm was formed on the film 12, and then the plating resist was removed.
【００４４】次に、この基板の上からＫr Ｆエキシマレ
ーザ14を0.5 Ｊ／cm2 ・パルスのフルエンスで10パルス
づつ照射位置を変えながら走査した。（以上図３Ａ） その結果、Ｃu 配線13とその下のＣr 膜14はアブレーシ
ョンされず、これ以外のＣr 膜12はアブレーションされ
て除去された。( 以上同図Ｂ） 次に、高周波スパッタ法によりＣu 配線13の側面を含め
てＣr 膜15を1000Åの厚さに膜形成した後、この基板の
上からＫr Ｆエキシマレーザ14を0.5 Ｊ／cm2・パルス
のフルエンスで10パルスづつ照射位置を変えながら走査
した。（以上同図Ｃ） その結果、Ｃu 配線13の側面と表面のＣr 膜15を除いて
ポリイミド膜11の上のＣr 膜をアブレーションにより除
去することができた。（以上同図Ｄ） 実施例５：（Ｃu 配線の表面，側面および底面にバリア
膜を形成した別の例、図４関連） Ａl Ｎ基板上に厚さが約20μm のポリイミド膜11を成膜
した後、基板の全域にＣr 膜12を500 Åの厚さにスパッ
タし、次に、この上にメッキレジストをスピンコート
し、乾燥した後、写真蝕刻技術を用いて配線パターン形
成領域を窓開けし、電解メッキ法を適用してＣr 膜12の
上に厚さが５μm のＣu 配線13を形成し、メッキレジス
トを除いた。（以上図４Ａ） 次に、高周波スパッタ法によりＣu 配線13の側面を含め
てＣr 膜15を500 Åの厚さに膜形成した後、この基板の
上からＫr Ｆエキシマレーザ14を0.5 Ｊ／cm2・パルス
のフルエンスで10パルスづつ照射位置を変えながら走査
した。（以上同図Ｂ） その結果、Ｃu 配線13の側面と上面のＣr 膜15を除いて
ポリイミド膜11の上のＣr 膜をアブレーションにより除
去することができた。（以上同図Ｃ）Next, the Kr F excimer laser 14 was scanned on the substrate at a fluence of 0.5 J / cm 2 · pulse while changing the irradiation position by 10 pulses. As a result, the Cu wiring 13 and the Cr film 14 therebelow were not ablated, and the other Cr film 12 was ablated and removed. Next, after forming a Cr film 15 including the side surface of the Cu wiring 13 to a thickness of 1000 Å by a high frequency sputtering method, a Kr F excimer laser 14 is formed on the substrate at 0.5 J / cm. Scanning was performed by changing the irradiation position by 10 pulses with a fluence of 2 pulses. As a result, the Cr film on the polyimide film 11 was removed by ablation except the Cr film 15 on the side surface and the surface of the Cu wiring 13. (D in the same figure) Example 5: (Another example in which a barrier film is formed on the surface, side surface and bottom surface of Cu wiring, refer to FIG. 4) A polyimide film 11 having a thickness of about 20 μm is formed on an Al N substrate. After that, a Cr film 12 is sputtered to a thickness of 500 Å on the whole area of the substrate, and then a plating resist is spin-coated on this and dried, and then a wiring pattern forming region is opened by photolithography. Then, an electrolytic plating method was applied to form a Cu wiring 13 having a thickness of 5 μm on the Cr film 12, and the plating resist was removed. (Above FIG. 4A) Next, a Cr film 15 including the side surface of the Cu wiring 13 is formed to a thickness of 500 Å by a high frequency sputtering method, and then a Kr F excimer laser 14 is formed at 0.5 J / cm from the substrate. Scanning was performed by changing the irradiation position by 10 pulses with a fluence of 2 pulses. As a result, the Cr film on the polyimide film 11 could be removed by ablation except for the Cr film 15 on the side surface and the upper surface of the Cu wiring 13. (The above figure C)
【００４５】[0045]
【発明の効果】バリア膜をマスクとしてレーザ・アブレ
ーションを行う本発明の実施により低解像度のレンズを
使用して、高精度のビア孔を形成することができ、ま
た、フルエンス値を選定してレーザ・アブレーションを
行うことにより、ポリマ上のバリア膜を選択的に除去す
ることができ、これにより半導体集積回路の品質の向上
が可能となる。According to the present invention in which laser ablation is performed by using a barrier film as a mask, a low resolution lens can be used to form a highly accurate via hole, and a fluence value can be selected to obtain a laser beam. By performing the ablation, the barrier film on the polymer can be selectively removed, and thus the quality of the semiconductor integrated circuit can be improved.
【図１】 本発明の原理図である。FIG. 1 is a principle diagram of the present invention.
【図２】 絶縁層とバリア膜についてフルエンスと加工
深さとの関係図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between fluence and processing depth for an insulating layer and a barrier film.
【図３】 Ｃu 配線の表面, 側面および底面にバリア膜
を形成した工程図である。FIG. 3 is a process drawing in which a barrier film is formed on the surface, side surface and bottom surface of a Cu wiring.
【図４】 Ｃu 配線の表面, 側面および底面にバリア膜
を形成した別の工程図である。FIG. 4 is another process drawing in which a barrier film is formed on the surface, the side surface and the bottom surface of the Cu wiring.
１，２，６ レーザ光 ３ 絶縁層 ４ ビア孔 ５ 絶縁層の閾値 ７ すり鉢状のビア孔 ８ バリア膜の閾値 ９ バリア膜 11 ポリイミド膜 12，15 Ｃr 膜 14 エキシマレーザ 1,2,6 Laser light 3 Insulating layer 4 Via hole 5 Insulating layer threshold 7 Mortar-shaped via hole 8 Barrier film threshold 9 Barrier film 11 Polyimide film 12, 15 Cr film 14 Excimer laser
Claims (5)
レーション閾値の高い材料よりなるバリア膜を形成して
後、少なくともビア孔の半分が解像可能なレンズを用い
てエキシマレーザを照射し、該バリア膜にビア孔と等し
い径の孔開けを行った後、該バリア膜をマスクとして前
記絶縁層をアブレーションしてビア孔を形成することを
特徴とするレーザ・アブレーション加工方法。1. A barrier film made of a material having an ablation threshold higher than that of the insulating layer forming material is formed on the insulating layer, and then an excimer laser is irradiated using a lens in which at least half of the via holes are resolvable. A laser ablation method, wherein a hole having a diameter equal to that of a via hole is formed in the barrier film, and then the insulating layer is ablated using the barrier film as a mask to form a via hole.
酸素雰囲気中でレーザの照射を行い、金属薄膜を金属酸
化物に変えて絶縁層へのビア孔を形成することを特徴と
する請求項１記載のレーザ・アブレーション加工方法。2. The barrier film forming material is made of metal,
The laser ablation method according to claim 1, wherein laser irradiation is performed in an oxygen atmosphere to change the metal thin film into a metal oxide to form a via hole to the insulating layer.
らの酸化物または二酸化シリコンの少なくとも一つから
なることを特徴とする請求項１記載のレーザ・アブレー
ション加工方法。3. The method of laser ablation according to claim 1, wherein the barrier film is made of at least one of chrome, titanium, oxides thereof, and silicon dioxide.
してある絶縁層上に、バリア金属を膜形成した後、該絶
縁層上のバリア膜はアブレーションするが、配線はアブ
レーションしないフルエンスのエキシマレーザを照射
し、前記配線の側面および表面以外の絶縁層上のバリア
膜を除去することを特徴とするレーザ・アブレーション
加工方法。4. A fluence excimer laser that ablates the barrier film on the insulating layer after forming a barrier metal film on the insulating layer on which the wiring having a high aspect ratio is patterned, but does not ablate the wiring. A laser ablation processing method, which comprises irradiating and removing the barrier film on the insulating layer other than the side surface and the surface of the wiring.
属がクローム、チタン、ニッケルまたはモリブデンの少
なくとも一つからなることを特徴とする請求項４記載の
レーザ・アブレーション加工方法。5. The laser ablation method according to claim 4, wherein the wiring is made of copper and the barrier metal is made of at least one of chrome, titanium, nickel or molybdenum.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4408295A JPH08241894A (en) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | Laser abrasion processing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4408295A JPH08241894A (en) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | Laser abrasion processing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08241894A true JPH08241894A (en) | 1996-09-17 |
Family
ID=12681704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4408295A Pending JPH08241894A (en) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | Laser abrasion processing method |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08241894A (en) |
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1995
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