JPH09511875A - 絶縁層上にメタライゼーション層を設け同一マスクを使用して貫通孔を開ける方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 絶縁層の上にメタライゼーション層を形成し、上記絶縁層に貫通孔を同時に同一のマスクを使用して開ける、薄膜または半導体技術のための方法が記載される。基板１は、表面２上に、第１の絶縁層３および第２の絶縁層４を、第２の絶縁層４の上に被覆層５を、被覆層５の上に構造化マスク層６を、かつ基板の裏側から基板の表面２まで延びる金属を充填した開口７を有する。マスク層６は、開口７に面する領域と、金属層８で覆われるべき領域に開口が形成されるように構造化される。第１のエッチング工程により、構造化マスク層６で覆われていない領域の被覆層５に開口を形成する。その後、誘電体マスクを使用して、充填された開口７に面する領域の第２の絶縁層４をレーザ融除する。次に、第２のエッチング工程により、充填された開口７に面する領域の第１の絶縁層３と、金属層８で覆われるべき領域の第２の絶縁層４に同時に開口を形成し、これにより開口７は完全に第１の絶縁層３がなく、第２の絶縁層４は金属層８で覆われるべき領域から完全に除去され、第１の絶縁層３は実質的に基板の表面２の上に残される。周知の２マスク法と比較して、この１マスク法によれば方法が簡略化され、金属層で覆われるべき基板表面の領域で、上記の基板の表面が常に第１の絶縁層で覆われ、このようにして、メタライゼーション中に生じる欠陥による、工程に起因する故障をできる限り排除することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 絶縁層上にメタライゼーション層を設け同一マスクを使用して貫通孔を開ける方 法 本発明は、絶縁層上にメタライゼーション層を形成し、同時に同一のマスクを 使用して、上記絶縁層に貫通孔を開ける方法に関する。この種の方法は、薄膜技 術または半導体技術、特に多層セラミック基板の薄膜配線の分野で使用すること ができる。 薄膜技術では、平坦な基板上で作業することが有利である。これにより、メタ ライゼーション中に生じる欠陥、特に短絡および基板の穴を回避、または少なく とも最小限に抑えることが可能になる。表面が粗い基板の場合、中間層または平 坦化層を導入してから薄膜を付着させることによって、この粗面を修正すること が通常行われている。この平坦化層はまた、後のメタライゼーション・レベルの 表面上に前の工程から残留する望ましいまたは望ましくない金属を絶縁するため の絶縁層としても用いられる。しかし、この平坦化層は、実際に基板への電気接 点を最初に開けなければならないため、工程のシーケンスに追加の要件を課す。 たとえば、平坦化層を基板の電気接点のレベルまで研磨するような工程が可能で ある。これを行う時に、基板のメタライゼーションが損傷してはならないので、 これはきわめて困難な工程である。 したがって、開口を絶縁層までエッチングし、これを金属で充填することはさ らに明白である。しかし、この方法も、開口全体に連続した信頼性のある金属接 続のために、平坦なフランクを絶縁層にエッチングしなければならないため、エ ッチング工程に非常に高い要件を課す。技術的な理由が絶縁層中では急な縁部だ けが可能であるというのであれば、金属を沈殿させ、その後に研磨することが必 要になる。さらに、この２マスク法（開口と金属導線の形成）による追加のコス トとは別に、調整と工程の許容誤差のために追加の空間が必要であり、このため 活性面積が増大し、収率が低下する。 もうひとつの決定的な要素は、絶縁材料の選択である。すなわち、２マスク法 において酸素イオンによる反応性イオン・エッチングの場合にエッチ・ストップ がないため、ポリイミドなどの有機絶縁層を後の除去またはリフトオフ工程に使 用するこができない。 ポリイミド構造の高温リフトオフ法については、ＩＢＭテクニカル・ディスク ロージャ・ブレティン、Ｖｏｌ．２３、Ｎｏ．６、１９８０年１１月、ｐ．２２ ９３〜２２９４に記載されている。この種の高温リフトオフ法は、エッチングを 酸素プラズマ中で行う必要があり、このエッチング工程でポリイミドも侵食され るため、保護されていないポリイミドの表面で実施することができない。したが って、反応性イオン・エッチングの間、窒化シリコンの薄い層をエッチ・ストッ プとして使用する。 本発明の目的は、絶縁層の上にメタライゼーション層を形成し、同一のマスク を使用して、エッチ・ストップ層を使用せずに、この層に貫通孔を開けることが できる方法を提供することにある。 具体的には、本発明は、請求項１の記載を提供するものである。 基板は、基板の表面上に設けた第１および第２の絶縁層と、第２の絶縁層上に 設けた被覆層と、被覆層の上に設けた構造化マスク層と、基板の裏側から基板の 表面にまで延び金属で充填された開口を有する。マスク層は、開口に面した領域 と金属層で覆われた領域に開口が形成されるような形で構造化される。構造化マ スク層で覆われない領域には、第１のエッチング工程により被覆層が開かれる。 この後、充填された開口に面した領域に、誘電マスクを使用して、第２の絶縁層 をレーザで融除する。この後、第２のエッチング工程により、第１の絶縁層の充 填した開口に面した領域と、第２の絶縁層の金属層で覆われる領域とを同時に開 き、これにより開口には完全に第１の絶縁層がなくなり、第２の絶縁層の金属で 覆われる領域は完全に除去され、第１の絶縁層は実質的に基板の表面上に残る。 周知の２マスク法と比較して、この１マスク法により、方法が簡略化され、金 属層で覆われる基板表面の領域で、上記の基板の表面が常に第１の絶縁層に覆わ れ、したがってメタライゼーション中の欠陥を原因とする、工程に起因する故障 ができる限り排除され、したがって後の最終製品の信頼性が大幅に増大すること が保証される。この方法の他の利点は、第２の絶縁層の縁部が急速にエッチング されることである。これは、金属リードが、レーザ融除用の誘電層の外側の限度 が終了する地点で絶縁層のみをふちどり、第１の絶縁層は後のエッチング工程の 結果、平坦な縁部を有するためである。 その他の有利な開発については、従属請求項に示すとおりである。 次に、構成例を使用し、下記を示す図面を参照して本発明を詳細に説明する。 第１図ａ）ないし第１図ｄ）は、第１の絶縁層として有機層を使用した、本発 明による方法の各工程を示す。 第２図ａ）ないし第２図ｅ）は、第１の絶縁層として無機層を使用した、本発 明による方法の各工程を示す。 第３図ａ）は、金属層を設けた後の開口の周囲の上面図、第３図ｂ）は、その 断面図を示すと同時に、金属による絶縁ステージの良好なエッジ・カバレッジの 例を示す。 第４図ａ）および第５図ａ）、ならびに第４図ｂ）および第５図ｂ）はそれぞ れ、頻繁に発生するが、本発明の方法により避けることができる製造上の問題の 例の、上面図および断面図を示し、第４図では、これらの問題は二重開口部にお ける短絡であり、第５図では、金属を充填した基板の放射状またはＣ字形の亀裂 である。 第１図ａ）は、基板１の表面２の上に第１の絶縁層３およ び第２の絶縁層４を有する基板１を示す。 基板は半導体金属からなるものでも、酸化アルミニウム・セラミックまたはガ ラス・セラミックなどのセラミック材料であってもよい。この構成例では、第１ の絶縁層３は、有機材料、好ましくはポリイミドで製造され、第２の絶縁層４も 、有機材料、好ましくはポリイミドからなる。 第２の絶縁層４の上には被覆層５があり、これはヘキサメチルジシラザン、シ リコン、窒化シリコン、または酸化シリコンからなるものでも、金属からなるも のでもよい。被覆層５の上には、従来のフォトリソグラフィにより、適当な感光 性レジストからなる構造化マスク層６が設けられている。金属を充填した開口７ が、基板の裏側から基板の表面２まで延びている。基板の表面２に隣接する領域 には、開口７を充填する金属が、メッキされた金属の層７ａ、好ましくはニッケ ル層で覆われている。 マスク層６は、開口７に面する領域にも、後に金属層で覆われる領域にも開口 ができるような形で構造化されている。 基板１には、穴状の欠陥９および亀裂状の欠陥１０が示してある。 第１図ａ）は、被覆層５の構造化マスク層６で覆われていない領域に開口を形 成した後の状態を示す。被覆層は所期の領域が、エッチング工程により除去され ている。この目的のため、湿式化学エッチング、またはたとえばＣＨＦ₃、ＣＦ₄ 、もしくはＣ₁₂／ＳＦ₆による反応性イオン・エッチングが同様 に適している。 第１図ｂ）は、誘電体マスクを使用して、第２の絶縁層４の、充填した開口７ に面した領域と、金属層で覆われるべき領域に、レーザ融除により第２の絶縁層 に開口を形成する方法を示す。レーザ融除を使用してポリイミドなどの有機層に 貫通孔を形成する方法は、たとえば、ＩＢＭテクニカル・ディスクロージャ・ブ レティン、Ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．７Ｂ、１９８３年１２月、ｐ．３５８６〜３５ ８７、またはＩＢＭテクニカル・ディスクロージャ・ブレティン、Ｖｏｌ．２８ 、Ｎｏ．５Ｂ、１９８５年１０月、ｐ．２０３４に記載されている。 誘電体マスクの開口は、開口７を介して絶縁層３および４に形成される開口を 画定し調節する、それよりかなり精密なマスク６の開口より顕著に大きい。しか し、被覆層５は、比較的厚いマスク層６で保護されており、レーザ融除により破 壊されることはない。 後に金属層で覆われる領域では、第２の絶縁層４の開口は幾分拡大されており 、第２の絶縁層４の縁部の角度がゆるくなり、被覆層５の縁部による鋭角の制限 が避けられる。このようにして、後の金属の沈殿中に、絶縁体ステージが妨害さ れることなく金属で覆われることが保証される。 レーザ融除ステップの後、第２のエッチング工程により、第１の絶縁層３の充 填した開口７に面する領域と、第２の絶縁層４の金属層で覆われるべき領域の両 方に、同時に開口が 形成される。第１図ｃ）は、このエッチング工程の結果を示すが、これは特に反 応性酸素イオンによるエッチングが有利である。開口には完全に第１の絶縁層３ がなく、金属層で覆われるべき領域では第２の絶縁層４が完全に除去され、基板 表面２の第１の絶縁層３が一部除去される。このエッチング工程の重要な結果は 、開口７から第１の絶縁層３が完全に除去されるように、わずかにオーバー・エ ッチングを行っても、第１の絶縁層３が、基板表面２の金属により直接コーティ ングされることになっていない領域に残されることである。本発明による方法シ ーケンスの利点は主として、レーザ融除によるエッチング利得の結果、基板表面 の金属で覆われるべき領域の開口は、十分な厚さの絶縁層が基板表面上に残るが 、第２の絶縁層４の材料は確実に除去される程度に、第１の絶縁層３中に横方向 に貫入するにすぎない。 第３図ａ）は、金属層８を付着させた後の開口７の周囲を上面図で示し、第３ 図ｂ）はそれを断面図で示す。精密度の高いマスクの開口６と、これより顕著に 大きい誘電体マスクの開口６ａとの間の狭い斜線部分２ａだけが、第２のエッチ ング工程の間に第１の絶縁層中に意図せずに開かれる。この種の小さい領域は、 重要な部分の導体トラック８と開口７の位置を巧く修正することにより回避する ことができる。たとえば第５図ａ）に上面を、第５図ｂ）に断面を示した基板中 の金属を充填した放射状またはＣ字形の割れ目１１、１２などに残った金属があ っても、いずれにせよその上を通過する 金属導体８によって短絡されるので、これらの小さい領域で破壊的な影響を及ぼ すことはない。上述の欠陥が短絡による故障の原因になるのは、開口７と次の金 属線８との距離が精密度の高いマスクの開口６と、これより顕著に大きい誘電体 マスクの開口６ａとの間の差２ａより小さい場合だけである。しかし、マスク６ とマスク６ａ、および上述の欠陥１１、１２のミスアライメントが偶然に一致す る確率はきわめて低い。 第１図ｄ）で、基板は金属８が蒸着されており、基板表面上と前の工程でその ために準備された第１の絶縁層３の上の領域には、金属層８だけが存在する。 第２図ａ）ないし第２図ｅ）は、第１の絶縁層３に無機層を使用した本発明に よる対応する工程シーケンスを示す。無機層は、たとえば、酸化シリコン、窒化 シリコン、ポリシリコンなどの材料からなるものでよい。この第２図ａ）ないし 第２図ｅ）に示す方法は、第２図ｂ）におけるレーザ融除により、充填した開口 ７に面する領域の第２の絶縁層４が完全に除去されず、かつ第２のエッチング工 程が、第２図ｃ）ないし第２図ｅ）に示す結果をもたらす２つの部分工程により 行われるという点で、上述の工程シーケンスと異なる。第２のエッチング工程の 第１の部分工程では、第２図ｃ）および第２図ｄ）に示すように、充填した開口 ７に面した領域の第２の絶縁層４が完全に除去される。第２のエッチング工程の 次の部分工程では、第２図ｅ）に示すように、被覆層５が第２の絶縁層４の上に 突出するように、第２の絶縁層４が横方 向にエッチング・バックされる。 第２のエッチング工程の第１の部分工程は、数段階の湿式化学エッチング、ま たは数段階の反応性イオン・エッチングが好ましい。これらの数段階の湿式化学 エッチング、または数段階の反応性イオン・エッチングを使用する特殊なエッチ ング技術の結果として、絶縁層３の上の金属線８の通過が平坦に保たれる。第２ のエッチング工程の第２の部分工程は、反応性酸素イオンによるエッチングが好 ましい。 第２図ｅ）に示したように、第２のエッチング工程の第２の部分工程の間に被 覆層５がある程度浸食される可能性がある。これは、絶縁材料、被覆層の材料、 およびエッチング媒体を適切に調整して選択することにより最小限に抑えること ができる。 エッチング工程の後、基板全体に、第１の構成例と同様に、金属を蒸着する。 本発明の工程シーケンスにより得られた金属８による良好なエッジ・カバレッジ を、第３図ｂ）に例として示す。 結論として、第１の絶縁層３、第２の絶縁層４、および金属８を蒸着した被覆 層５からなる、不要になった構造は、基板の表面２から取り外し、これにより実 質的に残される第１の絶縁層３の上の開口７と、金属層８で覆われるべき領域が 、金属８で完全に被覆されたままになる。 これは従来から知られていた方法と比較して大きな利点であり、（とりわけ） 第４図ａ）および第４図ｂ）に示した二 重開口部分の短絡など、メタライゼーション中の欠陥から生じる工程に起因する 故障を最大限に排除するための根源的寄与となる。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 比較して、この１マスク法によれば方法が簡略化され、 金属層で覆われるべき基板表面の領域で、上記の基板の 表面が常に第１の絶縁層で覆われ、このようにして、メ タライゼーション中に生じる欠陥による、工程に起因す る故障をできる限り排除することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．絶縁層上にメタライゼーション層を形成し、同一のマスクを使用して上記絶 縁層に貫通孔を開ける方法において、 基板（１）の表面（２）上に、第１の絶縁層（３）および第２の絶縁層（４） を、第２の絶縁層（４）の上に被覆層（５）と、被覆層（５）を上に構造化マス ク層（６）を、かつ基板の裏側から基板の表面（２）まで延びる金属を充填した 開口（７）を有する基板（１）を形成し、これによりマスク層（６）を、開口（ ７）に面する領域と、金属層に覆われるべき領域に開口が形成されるように構造 化する工程と、 第１のエッチング工程により、構造化マスク層（６）で覆われていない領域の 被覆層（５）に開口を形成する工程と、 誘電体マスクを使用して、充填された開口（７）に面する領域の第２の絶縁層 （４）をレーザ融除する工程と、 第２のエッチング工程により、充填された開口（７）に面する領域の第１の絶 縁層（３）と、金属層で覆われた第２の絶縁層（４）に同時に開口を形成し、こ れにより開口（７）は完全に第１の絶縁層（３）がなく、第２の絶縁層（４）は 金属層で覆われるべき領域から完全に除去され、第１の絶縁層（３）が実質的に 基板の表面（２）の上に残されるようにする工程とを含む方法。 ２．第１のエッチング工程が、ＣＨＦ₃、ＣＦ₄、またはＣ₁₂／ＳＦ₆などの反応 性イオンによるエッチング、あるいは湿式 化学エッチングを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３．第２のエッチング工程が、反応性酸素イオンによるエッチングを含むことを 特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。 ４．第１の絶縁層（３）が、有機材料、好ましくはポリイミドからなることを特 徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の方法。 ５．レーザ融除が、充填した開口（７）に面する領域の第２の絶縁層（４）を完 全に除去せず、第２のエッチング工程が２段階で行われることを特徴とする、請 求項１に記載の方法。 ６．第２のエッチング工程の第１の段階で、充填した開口（７）に面する領域の 第２の絶縁層（４）が完全に除去され、第２のエッチング工程の第２の段階で、 第２の絶縁層（４）が、被覆層（５）が第２の絶縁層（４）の上に突出するよう に横方向にエッチ・バックされることを特徴とする、請求項５に記載の方法。 ７．第２のエッチング工程の第１の段階が、数段階の湿式化学エッチングまたは 反応性イオンによるエッチングを含み、第２のエッチング工程の第２の段階が、 反応性酸素イオンによるエッチングを含むことを特徴とする、請求項５または請 求項６に記載の方法。 ８．第１の絶縁層（３）が無機材料からなり、この無機材料が酸化シリコン、窒 化シリコン、またはポリシリコンからな ることを特徴とする、請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の方法。 ９．被覆層（５）の上の構造化マスク層（６）が、構造化した感光性レジストで あり、被覆層（５）がヘキサメチルジシラザン、シリコン、窒化シリコン、酸化 シリコン、または金属からなることを特徴とする、請求項１ないし請求項８のい ずれか一項に記載の方法。 １０．請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の方法において、 基板（１）に金属（８）を蒸着する工程と、 第１の絶縁層（３）および第２の絶縁層（４）と、金属（８）を蒸着した被覆 層（５）からなる構造を基板の表面（２）から外し、これにより実質的に残され る第１の絶縁層（３）の、開口（７）と、金属層（８）に覆われるべき領域とが 完全に金属（８）で覆われたままにする工程とを追加した方法。