JPS60154623A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は半導体装置の製造技術に関し、特に電子回路装
置、半導体装置に多層配線構造体を形成する際の配線層
間絶縁膜に微細の孔をあけるｆｃめの技術を対象とする
。

〔背景技術〕

リニアＩＣ（半導体集積回路装置）等において、多層配
線、たとえばアルミニウム２層配線構造を形成する場合
、層間絶縁膜として次の特徴を有している物質が好まし
い。すなわち比較的低温（３５０℃以下）で被膜形成す
ることができる有機樹脂であり、しかも耐熱性を有し、
さらに表面の平坦化に有利な性質をもった物質である。

その一つとしてポリイミド系樹脂が層間絶縁膜として使
われている。半導体装置の製造において、このポリイミ
ド系樹脂からなる層間？縁膜の−Ｌ下に設けられた配線
間を電気的接続させろためにスルーホール（透孔）を形
成しなければならない。層間絶縁膜にスルーポールを加
工する場合、従来からウェットエツチング法、例えばヒ
ドラジン等による化学工、チングする方法が発明者によ
り開発されている。前記方法では第１図に示すようにレ
ジストマスク１１の下でポリイミド樹脂３がサイドエツ
チングするため微細加工に限度があることが発明者によ
りあきらかとされた。これに対して、０、プラズマ放電
等を利用してスルーホール成するドライエッチング法で
はエッチ方向が基板に対して垂直な方向に規定されるた
めサイドエッチがなく、微細加工に有利である。しかし
、このドライエツチングを行うにあたって、通常はマス
クとしてＡＺ系レジストが使用される。しかし、０、プ
ラズマに対する工，ノチ速度は、ポリイミド樹脂のそれ
とほとんど変らないという欠点を有している。−ｔなわ
ち、マスクによるエツチングの選択性がないため、ＡＺ
系レしス１１マスクとならないといりこをである。そこ
で一つの対策として、第２図に示すごとく同種又は異種
σ）レジス）ｌｌａ。

１１ｂ，Ｉｌｃを例えば３層に重ねて厚く（例えば３μ
ｍ）形成し一部のレジスト１１＆がエッチされても、下
のレジストｌｌｂ，ｌｉｅをマスクとして残存させるこ
とにより、ポリイミド樹脂３を最後までエッチする方法
が発明者により提案されている。しかし、この方法によ
っても欠点を有している。つまり、レジストによるマス
クがＪ９〈なった分だけマスク露光の際の解像度が低下
し、微細加工の障害となるということである。（第３図
を参照） 本発明者は、これらの方法に代λて有機紗縁膜のドライ
エ、チ法について以下（第３図〜第６図を参照）に述べ
る技術を開発した。

（１）第３図に示すように、基板１上（表ｍ、１酸什膜
を含む）にアルミニウム配線２を形成し、この上を覆う
ように有機絶縁物を形成１−る。この有機絶縁物として
はたとえば、ポリイミド系樹脂を使用し、スピンナ塗布
、ベータすることに」：リポリイミド膜３を形成する。

このポリイミド膜３　（／Ｃドライエッチによるスルー
ホールの孔あけ加工をするにあたって、ポリイミド樹脂
表面ｖＣＭｏ（モリブデン）等の金属ＢＴＸ４を蒸着（
スバンタ）により形成する。

（２）Ｍｏ膜４０表面に塗布しブヒレジスト（耐食性樹
脂）膜５を通常のホトリン法でパターニングし、これに
より得たマスクを介し，第４図に示すようにＣＦ，（四
フン化炭素）系ガスによりＭｏ膜４の一部をドライエッ
チする。

（３１次いで、一部エッチされ′ｆｃＭｏ膜をマスクと
して酸素ガスによるドライエッチを行うことＫより、第
５図に示すようにポリイミド膜３をエッチする、 （４）上記ポリイミドエッチの際に、Ｍｏ膜４の上の１
／シスト膜５も同時にエッチされるので，ポリイミド膜
３にスルーホール（孔）６があけられ、配線２が露出す
る状態になったとき、Ｍｏ膜をあらためてＣＦ４系ガス
ＶＣよりエツチングす−ることにより、第６図に示すよ
うにポリイミド膜の孔あけ（スルーポール）加工が完了
する。

しかしかかる技術においては、下記の問題点が生ずると
いうことが本発明者によってあきらかとされた。

すなわち、有機絶縁膜の上にＭｏ　などの金属膜を重ね
て補助のマスクとして使用する方法では、金属膜の形成
とそのマスク加工なでが通常のホトエツチング法に追加
されることになり工程数が増加し、かつ複雑となる。そ
こでより安価で微細な加工を可能とする新規なエツチン
グ方法の開発が望まれた。

〔発明の目的〕

本発明は上記した問題を解決するブとめになされたもの
であり、その一つの目的は肩機絶縁膜の加工に際し、よ
り微細なパターニングを可能にし、かつ従来法に比して
より簡単で低コストのドライエッチ加工法の提供にある
。

本発明の他の一つの目的はポリイミド層間膜を有する半
導体集積回路装置のさらに高集積化、高信頼性化ならび
に低価格化しつるエツチング加工法の提供にある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、牛導体基体上に形成されたポリイミド系樹脂
膜の一部を加工するにあたって、上記ポリイミド系樹脂
の表面に感光性シリコーン樹脂を形成し、これをパター
ニングしたマスクを通してポリイミド系樹脂を０２プラ
ズマ法でドライエッヂすることによりポリイミド系樹脂
と感光性シリコーンとの０２　ガスに対するドライエッ
チ速度の差を利用することにより、高精度の樹脂加工を
低コストで達成することができる。

さらに、半導体集積回路装置の低コスト化、高集積化、
高信頼性化を達成するものである。

〔実施例〕

第７図乃至第１０図は本発明の一実施例を示すものであ
って、半導体集積回路装置等におけるアルミニウム２層
配線構造の層間有機絶縁膜のスルーホール加工のプロセ
スを示す工程断面図である。

以下各工程に従って説明する。

（１）第７図に示すように内部に不純物の選択拡散１２
．１３により形成された素子を有し、さらに表面が絶縁
体である基体１を用意する。次にこの基板１上にアルミ
ニウムを１．０μｍ厚さに蒸着し、通常のホトエッチプ
ロセスを経て第１層アルミニウム配線パターン２を形成
する。この上にポリイミド（例えはポリイミド・イソイ
ンドロキナゾリン、ジオンな主成分とする）ワニスを用
い、スピンナ塗布し、２０゜０Ｃ３０分、３５０°Ｃ３
０分のＮ２雰囲気中でのベークを行い、厚さ２．０μｍ
σ）ポリイミド膜３を形成する。このポリイミド膜３上
に感光ゼ［シリコーン樹脂である。感光性レジスト（例
えはポリジシリレンフェニレン（ＰＤＳＰの略す）の５
．１（（ｌＴｉ％トルエン溶液）を２’０００ｒｐｍで
スピンナ塗布し、１００℃２０分のプリベークを行い、
ｊ９さ０．５μｍの感光性レジスト膜７を形成する。

（２１次イで、第８図に示すように所要のスルーホール
パターンを有するマスク８を通して超紫外線（波長２５
０〜３　（１０ｎ　ｍ　’ｌ領域の光を用いて前記感光
性レジスト膜に直接に感光し、トルエンとイソプロピル
アルコール（１：３）ｌｃＺ分浸７？ｔシて現像を行い
、引き続いてイソプロピルアルコールに１分浸漬するこ
とによりリンスを行う。本しＲ＋　、　Ｒ４ｒｒｉｃ　
Ｉｓ　（メチル基）又Ｆｉｃ、Ｈ，（エチル基）Ｒ２、
Ｒｓ　ＦｉＣａＨｓ（フェニル基）を有する感光性シリ
コーン系ポリマーであり、光反応により５ｉ−８ｉ結合
が分断されることを利用し、ポジ型レジストとして働く
ものであって、第８図に示すマスク８の光透過部分９に
対応するレジストが取り除かれレジストパターン７ａが
完成する。

（３）　レジストパターン７ａ完成後、第９図に示すよ
うに酸”４　（ｏ’、、）ガスを用いてポリイミド膜３
をエッチし７、スルーホール６をあける。このときの条
件、すなわち酸素ガス圧力０．５Ｔｏｒｒ、温度１３０
℃、ＲＦ出力２００Ｗの酸素プラズマエ・７チ条件では
、ポリイミドは約１５０ｎｍ／ｍｉｎのエツチング速度
が得られる。一方＋　ＰＤＳＰレジストは酸素プラズマ
に対するエツチング量が極めて少ないので同図に示すよ
うして全くエッチさＪｌず、ポリイミド膜のエツチング
−マスクとなる。

（４１ポリイミド膜エツチング後、トリクロルエチレン
に２０分間浸漬し、ＰＤＳＰレジストを除去して第１０
図に示すよう忙ポリイミド膜加工を完了する。ドライエ
ンチング条件によってＨＰＤＳＰレジスト表面が酸化し
、トリクロルエチレンで除去が困難になる場合があるが
、この場合にはトリクロルエチレン浸漬前にＣＦ４系ガ
ス等でプラズマエツチング処理を行えば、トリクロルエ
チレン浸漬で容易に除去することが可能であることが発
明者の行なった実験でｆｃ　Ｌ、かめらｆｌてい′ろ。

ドライエツチング法としては、プラズマエンチング又は
反応性スパッタエツチング法などが利用できる。

（５）この後、アルミニウムを蒸着（又はスパッタ）し
、通常のホトエッチプロセスを経て第１１図に示すよう
に第２層アルミニウム配＆！１ｏを形成−する。この第
２層アルミニウム配線１０はポリイミド膜３によって紀
１層アルミニウム配線２と絶縁されろとともに、スルー
ポール６を介して第】層配線２に接続するものである。

ポリイミド膜などの有機絶縁膜のドライエツチング用マ
スクとして、シリコーン系レジストを用いた本発明によ
牙１げ、これまでのようにＡＺ系のレジストマスクを厚
く形成する必要がなく、又、金属膜等をポリイミド膜上
に設ける必要がなくなり、レジストのみでポリイミド膜
をドライエツチングするとンが可能となり、工程が大幅
に短縮されるとともに、金属膜等の加工がないために、
より微細なバターニングが可能となる等の効果が得られ
る。

このような効果が得られるのは、シリコーン系レジスト
が有機絶縁膜のドライエツチングに用いられる酸素ガス
によってＨはとんどエツチングさ才１ないためである。

その理由はシリコーン系レジスト中に前記構造式でみら
れるように、Ｓｉ原子を含有しｒおり、これが酸素系カ
スのドライエンチングに対してマスク効果を発揮するこ
とによる。

〔効果〕

ｆｉ＋　シリコーン系レジストのみを、ポリイミド膜の
エツチングマスクとして使用することにより、金属マス
クをノヒ成する必要がなくなり、工程σ）短縮が削れる
。

（２）　シリコーン系レジストのみを、ポリイミド膜の
エツチングマスクとすることにより、厚いレジスト又は
多層レジストでないことより、パターン（７）Ｍ像度の
同士が計れる。

（：３　＋　（Ｉ　＋より、半導体装ｅの低コスト化が
達成できる。

ｆ４１　（２＋より、微細加工が可能となる８（５）（
２）より、パターン間隔を狭くすることができ配線の高
密度化が達成できる。

（６’　（２１より、配線パターンの間隔を狭くできろ
ため、半導体装置の高集積化が達成できる。

（力　（］）より、二［程数が少ないため、半桿体装置
の高信頼性が達成できるー 以上本発明者圧よってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明しブζが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しな臂範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。シリコーン系レジス
トし［それ自体高耐熱性を有するものが多く、その後の
工程で温度条件が満足すれは、マスクとして利用した後
そのままバンシベーション（保護膜）として残すことが
可能である。

その結果、本発明によるドライエツチング法を採用した
半導体装７１においてはよりいっそうの高集積化と低価
格化が実現できる。

〔利用分野１ 以上の説明で番、■主さして本発明者によってなされた
発明をその背景となった利用分野である半導体装置の電
極形成技術に適用した場合について説明したが、それに
限定されるものではなく、たとλば、配ｍ基板における
電極形成技術などに適用できる 本発明は少なくともポリイミド系樹脂を層間絶縁膜とす
之ン多層配線構造を有するものには適用できる。

本発明は又、２層しジストレーション技術トして応用す
ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のウェットゴノチング法Ｖ（二よる絶縁膜
加工の形態を示す断面図である。 第２図は多重レジストを用いたドライエツチング法によ
る絶縁膜加工の形態を示す断面図である。 第３図乃至第６図はポリイミド膜の士にＭＯ膜を重ねて
行うドライエンチング法のプロセスの例を示す工程断面
図である。 第７図乃至第１１図は本発明０）一実施例であってシリ
コーン系レジストマスクを使ったドライエンチング法の
プロセスを示す工程断ｒｈｒ図である、１・・・基板、
２・・・第１層アルミニウム配線、３・・・ポリイミド
樹脂膜、４・・・Ｍｏ膜、５甲ホトレジスト膜、６・・
・スルーホール、７・・・シリコーン系レジスト膜、８
・・・マスク、９・・・透過部分、１０・・第２層アル
ミニウム配線、１１・・・レジスト。 第　１　図 ／ 第　２　図 第　５　図 第　７　図 第　８　図 第　９　図 第１０図 第１１図 ノθ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基体上に形成された層間絶縁膜あるいはパッ
   シベーション膜を感光性シリコーン樹脂をマスクとして
   バターニング加工することを特徴とする半導体装置の製
   造方法。 ２　上記感光性シリコーン樹脂は下記の構造式＝（ただ
   しＲ１＋　Ｒ２＋　Ｒ８＋　Ｒ４けＣＨ，。 Ｃ２Ｈ＊　’・□　Ｃ６Ｈ６） を用いる特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製
   造方法。 ３、上記層間絶縁膜又はパッシベーション膜はポリイミ
   ド系樹脂からなる特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の半導体装置の製造方法。