JPS6024037A - ポリイミド系樹脂膜の形成方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は集積回路、薄膜磁気ヘッド等の薄膜素子に使用
される絶縁膜としてのポリイミド系樹脂膜の形成方法に
関する。

〔発明の背輩〕

薄膜素子の微細化、高密度化は特に半導体関係を中心に
急速に進みつつある。大規模集積回路では配線の微細化
と共に多層構造による高密度化が進められている。

このような高密度多層配線を、スパッタリング法や化学
気相反応法（以下ＣＶＤ法と略す）を用い７Ｃ無機絶縁
膜を用いて作成すると、その断面形状は模式的に第１図
に示されるようになる。基板１の上には、第１の導体層
２が選択的に形成され、その上に絶縁膜３が形成されて
いる。スパッタリング法やＣＶＤ法で形成する絶縁膜は
下地の凹凸に対する付き回りが良い事で知られているが
、形成される膜の断面は、導体層の乗り上げ部分で急峻
な斜面になることが多い。この絶縁膜３の上に形成する
第２の導体層４は、絶縁膜３に生ずる急峻な斜面で局部
的に薄くなったシ断線したシするおそれが多分にある。

そのため、第２の導体層４を絶縁膜３より厚い膜にして
断線等の防止を図っている。このような構造だとさらに
絶縁膜と導体層を積層形成して３層配線にするためには
、用いる絶縁膜及び導体層の膜、厚を更に厚いものにし
なければならず、微細化や歩留シ低減の妨げになり、そ
のままでは製品に適用することはできない。この問題を
解決するためには、（１）スパッタリングやＣＶＤで膜
を形成する際に、基板にバイアス電位を加え、斜面部分
をイオンで削υながら膜を堆積し、平坦化する方法や、
（２）スラリー状のガラスあるいはケイ素を含む有機化
合物を塗布して熱処理し、平坦な絶縁膜を得る方法、（
３）より容易に信頼性のおる平坦な膜を得る方法として
有機絶縁膜を塗布する方法等がある。有機絶縁膜には後
工程で加わる熱によシ侵されない耐熱性や、信−性が要
求され、その条件に適した物質としてポリイミド系樹脂
の採用が進められている。

このポリイミド系樹脂を用いた時の絶縁膜形成工程の概
要を第２図に示す。ポリイミド系の樹脂を重合反応させ
て安定な膜にするためには約３００Ｃ以上の高温まで加
熱する（工程ｂ）必要があるが、この時、樹脂の酸化に
よる分解を抑えるため窒素雰囲気を用いる事が多い。ま
た、このポリイミド系樹脂のパターンニングは、通常ゴ
ム系ネガ型感光性樹脂を用い、色水ヒドラジンを含む溶
液により化学エツチングすることによシ行なわれている
。

しかしながら、この絶縁膜形成工程では以下の欠点を有
している。第１は、配線に使用される金属に銅あるいは
銀等を用いると、熱処理中に樹脂の金属に接する部分で
この樹脂が分解するため、配線材としてアルミニウム又
はアルミニウム合金、モリブデン等の樹脂が反応を起こ
さない金属即ち導電度の低い金属−限られてしまうこと
でちる。

第２は、エツチングに用いる色水ヒドラジンがエツチン
グマスクに使用している感光性樹脂を浸透するため、厚
いポリイミド系樹脂膜を寸法精度の高い薄い感光性樹脂
のマスクでエツチングしようとすると、エツチング中に
マスクが剥離し、所望のパターンが得られないことであ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述の欠点を除去した改良されたポリ
イミド系樹脂膜の形成方法を提供することにある。

本発明の目的を具体的に言えば、色水ヒドラジンを含む
溶液を用いて感光性樹脂膜をマスクにしてポリイミド系
樹脂膜を高い寸法精度でエツチングできるように改良さ
れたポリイミド系樹脂膜の形成方法を提供することにあ
る。

本発明の更に他の目的は、銅或いは銀に隣接してポリイ
ミド系樹脂膜を形成しても樹脂膜が分解しないように改
良されたポリイミド系樹脂膜の形成方法を提供すること
にめる。

〔発明の概要〕

かかる目的を奏するポリイミド系樹脂膜０形成方法の特
徴とするところは、色水ヒドラジンを含む溶液でエツチ
ングする前に、ポリイミド系樹脂膜を真空中で熱処理す
る点にある。この真空中の熱処理は、ポリイミド系樹脂
膜を化学的に安定にするだめの熱処理、感光性樹脂膜を
ポリイミド系樹脂膜に密着するための熱処理の両工程或
いはいずれか一方の工程において行なわれる。また、真
空中の熱処理条件としては、１０”〜１０−’　Ｐ　ａ
。

１００〜３５０Ｃの範囲が好ましい。更に、ポリイミド
系樹脂膜が薄膜素子の絶縁膜として使用されるとき、該
膜はポリイミド・イソ・インドロキナゾリンジオン樹脂
で形成するのが好ましい。

〔発明の実施例〕

以下本発明ポリイミド系樹脂膜の形成方法を、実施例に
基づいて詳細に説明する。

実施例１ 第３図は本発明により作成した薄膜磁気ヘッドの一実施
例を示す断面図である。基板１１上に下部磁性膜として
のパーマロイ膜１２をめっき、蒸着あるいはスパッタリ
ングのいずれかの方法或いはその組合せで作成する。そ
の上にアルミナ膜１３をスパッタリングで堆積し、記録
媒体への書き込み及び読み出しに使用する磁気ギャップ
１４を作成する。その後、ポリイミド系樹脂（例えば、
ポリイミド・イソ・インドロキナゾリンジオン樹脂）膜
１５を塗布、熱処理して表面を平坦化し、その上に銅を
主体とする金属膜をめっき、蒸着あるいはスパッタリン
グで堆積し、コイル１６を通常のホトリングラフィある
いはエレクトロフォーミングでパターニングする。次に
再度ポリイミド系樹脂膜１７を塗布し、熱処理した後、
ゴム系ネガ型感光性樹脂（例えば東京応化工業（株）製
ＯＭＲ−８３［Ｆ］）膜を塗布、乾燥させる。通常の波
長的３（ｉＱｎｍの紫外光を用いて露光、現像した後、
約１５０Ｃで熱処理してパターニングした感光性樹脂膜
とポリイミド系樹脂膜の密着性を高める。この後、感光
膜樹脂膜をエツチングマスクとし、色水ヒドラジン７容
、エチレンジアミン３容の溶液を用いて、ポリイミド系
樹脂膜を選択的にエツチングする。最後に上部磁性膜と
し゛てのパーマロイ膜１８を再び堆積し、パターニング
して薄膜磁気ヘッドが出来上がる。

上記プロセスでは、ポリイミド系樹脂膜１５及び１７を
熱処理する時に、真空焼成炉を用い真空度を１０−２〜
１０”Ｐａの状態にし、１００Ｃ〜３５００程度で加熱
した。ポリイミド系樹脂膜１７を熱処理する時には銅が
共存しているが、上記に示すような真空度を保つことに
より、ポリイミド系樹脂膜の分解や銅の酸化を防ぐこと
ができた。ｉｐａ程度の真空で焼成すると銅の表面の酸
化やポリイミド系樹脂の分解が認められ、この程度では
真空度が不十分であった。

一方、感光性樹脂膜を露光、現像した後の熱処理もやは
シ真空中で焼成する。この事によシ樹脂の分解並びに銅
の酸化を防げるが、次に述べる効果もある。薄膜磁気ヘ
ッドでは使用するポリイミド系樹脂膜の厚さは６〜１０
μｍになっているが、この樹脂膜をエツチングする時の
ネガ屋感光性樹脂膜の厚さは真空雰囲気での熱処理を採
用すると２μｍで十分である。通常、この現像後の感光
性樹脂膜は空気中において１５０Ｃ前後で熱処理するが
、空気中で処理した場合では感光性樹脂膜の厚さは約５
μｍ必要で必シ、それ以下の厚さでははく離による歩留
シの低下が起きやすく、高精度のパターンを得るのは困
難である。

上記の真空雰囲気での熱処理の効果は、次の説明から理
解される。

第４図は、感光性樹脂膜を侵透したエツチング液による
ポリイミド系樹脂膜の変質層の厚さを示している。熱処
理を大気圧下、つまシ、ポリイミド系樹脂膜は３５０Ｃ
窒素中で、感光性樹脂膜は１５０Ｃ空気中でそれぞれ熱
処理した試料４Ａでは約１３分で変質を開始する。感光
性樹脂膜の熱処理を真空中で行なった試料４Ｂでは変質
を開始するまでの時間は約３０分になる。変質を開始し
てからの変質の進行する速度は感光性樹脂膜を空気中で
熱処理した試料４ＡＫ比べ速く、６０分浸漬においては
変質層深さはほとんど試料４Ａと一致する。また、ポリ
イミド系樹脂膜を３５０Ｃ真空中で熱処理し、このポリ
イミド系樹脂膜の上に塗布した感光性樹脂膜を１５０Ｃ
真空中で熱処理した試料４Ｃでは、変質が開始する時間
は３０分と遅く、変質の進行速度も前述の試料４Ａ、４
Ｂに比べ遅くなっている。真空中でポリイミド系樹脂膜
及び感光性樹脂膜を熱処理した時に、薄い感光性樹脂を
エツチングマスクして用いてもポリイミド系樹脂膜をエ
ツチングできる理由は上記の現象によるためと考えられ
る。本発明の効果は、２回の熱処理を共に真空中で行な
う場合が最も大きいが、いずれか一方、特に感光性樹脂
膜を真空中で熱処理するとその効果は大きい。

一方、薄膜磁気ヘッドにおいては、エツチングした時の
樹脂膜端部の面の基板とのなす角（以降テーバ角とする
）が性能に大きい影響を与える。

テーパ角が小さいと実質的に樹脂膜の薄い部分の面積が
広がるため磁束の漏れが大きくなる。テーパ角が大きい
と磁性膜を堆積する時の付き回シが低下し、局部的に磁
束が飽和する。テーパ角は上記両者の効果の兼ね合いに
よシ決められる。最適なテーパ角は、磁性膜の堆積方法
によって異なるが、概略３０〜５０°程度である。

また、一方、ポリイミド系樹脂膜をエツチングした時の
端部の面のテーバは、マスクとなる感光性樹脂膜を浸透
した色水ヒドラジンにより横方向へのエツチングが加速
される結果化じるものであシ、この浸透量、つまシ感光
性樹脂膜の厚さを変えることによシテーパ角をコントロ
ールできる。

この−例を第５図に示す。この図で例えば３５゜のテー
パ角を得るためには感光性樹脂膜の厚さは２８μｍが最
適であることがわかる。尚、ポリイミド系樹脂膜の厚さ
は７μｍとした。

エツチングするポリイミド系樹脂膜の膜厚が厚くなると
エツチング時間が長くなり、色水ヒドラジンの浸透量が
増す結果、テーパ角は小さくなる。

この−例を第６図に示す。実際にテーパ角をコントロー
ルする時には、ポリイミド系樹脂膜の膜厚と目的とする
テーパ角から感光性樹脂膜の膜厚を決めれば良い。同、
感光性樹脂膜の厚さは３μｍとしだ。

以上述べた通シ、本実施例においては、テーバ角ヲコン
トロールできるという特徴をも持っている。

実施例２ 第７図に本発明の他の実施例である銅配線を用いた多層
配線構造の断面を示す。基板２１上に密着層（図示せず
）を介して銅層をスパッタリング法あるいは蒸着法で堆
積し、それを通常のホトリソグラフィ技術でバターニン
グし、第１配線層２２を形成する。この上にポリイミド
系樹脂膜２３を塗布し、真空中で熱処理する。この後、
ノボラック系ポジ型感光性樹脂（例えばシプレー社製マ
イクロポジット１３００■）膜をマスクにして酸素写囲
気中での反応性スパッタエッチあるいはプラズマエッチ
、さらにはイオンミリング等のドライエツチングの手法
を用いて層間接続用のスルーホール２４を形成する。こ
の後、銅層の堆積、バターニングとポリイミド系樹脂膜
の形成をくシ返し、多層配線を形成する。２５及び２７
は第２及び第３配線層、２６はポリイミド系樹脂膜であ
る。

従来法では、金属材料の制約から銅を使うことができず
、アルミニウムのようにエレクトロマイグレーションに
より変形する恐れのある金属や、モリブデンの□ように
抵抗の高い金属を使用しなければならなかった。本方法
によれば、電気抵抗が　−低く、エレクトロマイグレー
ションにも比較的強い銅を用いることができるので、そ
の分、配線の高密度化、あるいは薄膜化を計ることがで
きる。

そして更に、配線を薄膜化するとこの配線による段差が
小さくなシ、積層する配線材の断線、バターニング不良
による歩留シ低下を減小させることができると共に、積
層する配線材の層数を第７図に示した３層配線よシも更
に増すことも容易である。

実施例３ 第８図に本発明の更に異なる実施例でおるアルミニウム
配線上にポリイミド系樹脂の保護膜を形成した時の断面
を示す。基板３１上にアルミニウムの配線３２がラシ、
その上にポリイミド系樹脂の約１５μｍの保護膜３３が
形成しである゛。保護膜３３には接続用の３０〜５０μ
ｍのスルーホール３４が開けである。この場合には実施
例１と異なシ、パターン精度の要求は小さく、歩留シが
問題になる。また、アルミニウムを用いているので樹脂
の分解の恐れも小さい。そこで、ポリイミド系樹脂膜は
窒素中で熱処理し、パターニング用のネガ型感光性樹脂
膜を真空中で熱処理する。このようなプロセスでも感光
性樹脂膜への色水ヒト２ジンの浸透性は実施例１と同様
であり、感光性樹脂膜は十分なマスクとなυ高歩留シで
パターンを形成できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ポリイミド系樹脂膜を色水ヒトリジン
を用いたエツチング精度の向上が図れる。

また共存する金属にかかわらず樹脂膜の安定化を計るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は無機絶縁膜を使った２層配線の断面図、第２図
はポリイミド系樹脂膜形成プロセスの概略図、）第３図
は本発明方法を適用した薄膜磁気ヘッドの断面図、第４
図はエツチング時の浸漬時間とポリイミド系樹脂膜の変
質深さとの関係を示す図、第５図はエツチングマスクと
なる感光性樹脂の膜厚とエツチングしたポリイミド系樹
脂の端部テーパ角の関係を示す図、第６図はポリイミド
系樹脂の膜厚とテーパ角の関係を示す図、第７図は本発
明による多層配線の断面図、第８図は本発明による保護
膜を形成した基板の断面図である。 １１．２１．３１・・・基板、１５．１７，２３゜２６
・・・ポリイミド系樹脂膜、１６・・・コイル、２２゜
２５．２７・・・配線層、３２・・・配線、３３・・・
保護膜。 冶４図 ５受涜時間　（分） ポζリイミド′千１看１脂月芙ゾ１　（μｍ？）２４ 第１頁の続き ０発　明　者　光岡勝也 日立市幸町３丁目１番１号株式 ％式％ 小田原市国府津２８８０番地株式会 社日立製作所小田原工場内 ０発　明　者　鍬塚俊一部 小田原市国府津２８８０番地株式会 社日立製作所小田原工場内 ０発　明　者　林将章 小田原市国府津２８８０番地株式会 社日立製作所小田原工場内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被着面にポリイミド系樹脂膜を塗布する第１の工程
   と、 ポリイミド系樹脂膜を熱処理する第２の工程と、ポリイ
   ミド系樹脂膜上に感光性樹脂膜を形成する第３の工程と
   、 感光性樹脂膜をホトエツチング技術によシ所定形状にす
   る第４の工程と、 感光性樹脂膜を熱処理する第５の工程と、感光性樹脂膜
   をマスクにして、ポリイミド系樹脂膜を色水ヒドラジン
   を含む溶液により選択的にエツチングする第６の工程と
   、 を具備し、第５の工程の熱処理が真空中で行なわれるこ
   とを特徴とするポリイミド系樹脂膜の形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、第５の工程の熱処
   理が１０−２〜１０”　Ｐ　ａ、　１００〜３５０Ｃで
   行なわれることを特徴とするポリイミド系樹脂膜の形成
   方法。 ３、特許請求の範囲第１項或いは第２項において、ポリ
   イミド系樹脂膜がポリイミド・イン・インド算キナゾリ
   ンジオン樹脂で形成されていることを特徴とするポリイ
   ミド系樹脂膜の形成方法。 ４、絶縁物の面と銅或いは銀の面とからなる被着面にポ
   リイミド系樹脂膜を塗布する第１の工程と、ポリイミド
   系樹脂膜を熱処理する第２の工程と）ポリイミド系樹脂
   膜上に感光性樹脂膜を形成する第３の工程と、 感光性樹脂膜をホトエツチング技術によシ所定形状にす
   る第４の工程と、 感光性樹脂膜を熱処理する第５の工程と、感光性樹脂膜
   をマスクにして、ポリイミド系樹脂膜を色水ヒドラジン
   を含む溶液によシ選択的にエツチングする第６の工程と
   、 を具備し、第２の工程及び第５の工程の少なくとも一方
   の熱処理が真空中で行なわれることを特徴とするポリイ
   ミド系樹脂膜の形成方法。 ５、％許請求の範囲第４項において、第２の工程及び第
   ５の工程の少なくとも一方の熱処理が１０−！〜１０−
   ’Ｐ　ａｚ　１００〜３５０Ｃで行なわれることを特徴
   とするポリイミド系樹脂膜の形成方法。