JPS60247946A - 多層配線構造体の製造方法 - 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〕 この発明は多層電極配線構造体の製造技術に関し、特に
半導体装置のアルミニウム多層配線構造体の製造方法に
適合するものである。

〔背景技術〕

ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置の微細化、高集積化に従い
、電極配線が２層化３層化等多層化の傾向にあり、下層
アルミニウム配線と上層アルミニウム配線との間の絶縁
膜及び上層配線を覆う保護用絶縁膜として高耐熱性樹脂
であるポリイミドを用いた多層配線構造が知られている
旨電子材料１９８２年３月発行３８〜４４頁に記載され
ている。

第１図は２層の電極配線構造の一例を示し、１は基板、
２は第１層（下層）アルミニウム配線、３は層間絶縁膜
、４は第２層（上層）アルミニウム配線、５は高耐熱性
樹脂であるポリイミドからなる保護用絶縁膜を示す。

ところで、下層のアルミニウム配線２と上層のアルミニ
ウム配線４との電気的導通な得るため層間の絶縁膜３に
あけた透孔（スルーホール）６における接触抵抗を低減
するための熱処理（コンタクトアロイ）を上層配線４を
形成後に４１０〜４３０℃の温度で行い、その後、上層
配線４を覆う絶縁膜としてフェス塗布し、熱硬化させた
ポリイミド膜５を形成しており、この熱硬化に要する温
度は３００〜３８０℃である。

上記したようにこれまでの多層配線技術ではコンタクト
アロイ後に上層配線を覆うポリイミド被膜を形成し、そ
の後ポリイミド硬化のための熱処理（アニール）を行っ
ているが、これを１回の熱処理ですませ工程を簡略化す
ることが考えられる。

第２図はこれまでのポリイミド絶縁膜を用いた多層配線
プロセスのチャート図である。しかし、ポリイミド膜の
最終熱処理に４１０℃以上の温度を上げた場合のポリイ
ミドのエツチング速度の低下とその後のポンディングパ
ッド部開孔などの際のホトエツチング加工の困難さや、
ポリイミド被膜の特性たとえば耐熱性、電気的抵抗が低
下するなどの問題をさけるために、これまではコンタク
トアロイとポリイミド被膜形成のための最終熱処理を分
離させて行なっている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は多層配線構造体の形成において、上下の
配線間のコンタクトアロイとポリイミド被膜形成のため
の熱処理を分離することなく一度の工程で行うことので
きる製造技術を提供することであり、また、それによっ
て生産性の向上と原価低減を達成することにある。

本発明の他の目的は熱処理工程を短時間にすることによ
る配線部分の劣化を少なくし半導体装置の信頼性を向上
することにある。

〔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、基体上に第１層アルミニウム配線を形成し、
この上に層間絶縁膜を介して第２層アルミニウム配線を
形成し、この第２層アルミニウム配線を上記層間絶縁膜
にあけた透孔な通して第１層アルミニウム配線に導通さ
せ、第２層アルミニウム配線を覆うように上層絶縁膜を
形成するにあたって、上層絶縁膜には高耐熱性を有する
感光性樹脂である感光性ポリイミドを使用し、この感光
性ポリイミドを硬化させ【高耐熱性樹脂であるポリイミ
ド膜とするための最終熱処理を上記の第１層アルミニウ
ム配線と第２層アルミニウムとの導通な得るための熱処
理に兼ねて行うことにより、生産性を向上し、しかも半
導体製品の信頼性を高め前記目的を達成するものである
。

〔実施例１〕 第３図は本発明による感光性ポリイミドを用いた多層配
線プルセスのチャート（計画図）である。

この発明で用いられる感光性ポリイミドは芳香族系ポリ
イミドの前駆体にビスアジド光架橋剤を結合させた感光
性重合体組成物を含むものである。

この感光性ポリイミドは、ポリアミド酸、ビスアジド光
架橋剤、炭素−炭素二重結合を有するアミン化合物、分
子内に１個以上の水酸基を含みかつその弗点が常圧で１
５０℃以上の化合物とからなる感光性重合体組成物にお
いてポリアミド酸の構造が一般式： （ただしＲ′は２価の芳香族環含有有機基又はケイ素含
有有機基を表わす） の繰り返し単位で表わされるポリアミド酸を用いた感光
性重合体組成物である。この感光性ポリイミドにおいて
光感度はＬＳＩ用高感度ゴム系ホトレジストと同等以上
であり、解像性にすぐれ、また耐熱性電気的機械的特性
は現在のＬＳＩなどに用いられるポリイミド系樹脂と同
等以上である。

この感光性ポリイミドによるバメーン形成にあたっては
、そのフェスを基板上に塗布しプリベークによって得ら
れた被膜を露光、現像でパターン化した後、熱処理する
ことによりキュア化してパターン化されたポリイミド膜
がホトレジストマスクを形成することなく得られる。

本出願者は上記感光性ポリイミドにおいて熱処理温度と
キュア化されたポリイミド膜の耐熱性との関係を調べた
ところ、充分な耐熱性を得るためには４００℃以上好ま
しくは４３０℃以上の最終熱処理が必要ということがわ
かった。

これは感光性ポリイミド中に添加されている感光性重合
体をなるべ（高温で揮散させること、すなわち熱処理を
行うことが必要であり、との熱処理温度に依存して被膜
の耐熱性が決定されることが考えられ、このような特性
は在来のポリイミドにはない。

このため、感光性ポリイミドを上層配線上の絶縁膜とし
て用いる場合、４００〜４５０℃の熱処理を行うことが
好ましい。したがってこの感光性ポリイミドを従来のポ
リイミドの代りに用いる場合、従来の場合よりも高い温
度での熱処理が必要である。

本発明で用いる感光性ポリイミドは４８０℃以下であれ
ばより高温の熱処理によって耐熱性がより向上すること
がわかった。したがって、従来技術で行われていたコン
タクトアロイ温度（４００〜４５０℃）で最終熱処理を
行うことが可能であり、両者を兼ねて１回の熱処理です
ませることができる。この熱処理温度としては、３８０
〜４８０℃が望ましいば、どの温度を選択するかは装置
構成要素の他の部分の耐熱性と感光性ポリイミドから形
成されるポリイミド被膜がどこまで必要かによって決定
される。この熱処理温度は第４図によりてめることがで
きる。

第４図は感光性ポリイミドの最終熱処理温度（非酸化性
雰囲気中で６０分の熱処理）と重量減少開始温度からめ
たポリイミド膜の耐熱性との関係を示す。

〔実施例２〕 第５図乃至第１２図は本発明を具体化した一実施例を示
すものであって半導体基体上に２層配線構造体を形成し
、感光性ポリイミドを使って最終絶縁膜を形成するプロ
セスの工程断面図である。

以下、各工程にしたがって詳述する。

［ａｌ　半導体（Ｓｉ）基板１０表面酸化ホトエツチン
グ、選択的不純物拡散等のくり返しで半導体素子７を形
成し、第５図に示すようにコンタクトホトエツチングに
より表面酸化物（ＳｉＯ□）膜８の一部を窓開する。

ｆｂｌ　全面にアルミニウム（Ａりを１．０μｍの厚さ
に蒸着し、ホトエツチングによりバターニングして第６
図に示すように第１層アルミニウム配線２シ刑酸へすム
ー ｔｅｌ　第１層配線２上忙層間絶縁膜形成のための感光
性ポリアミドフエスをスピンナで回転塗布する。

この感光性ポリイミドは、〔実施例１〕で述べた芳香族
系ポリイミドの前駆体にビスアジド光架橋剤を結合させ
た感光性重合体を含むものである。

フェスとしては１４重量％濃度、３０ポアズの溶液を用
い、スピンナ回転数３００Ｏｒｐｍ、３０秒間塗布し、
第７図に示すように感光性ポリイミド膜９を形成する。

ｌｄｌ　この後、８０℃２０分のプリベークを行い、通
常のホトレジストの場合と同様にメタルマスク（図示さ
れない）を通して紫外線（波長３５０〜４４０ｎｍ）を
用いて感光する。感光エネルギーは現像時のパターニン
グ性に影響するので、必要性に応じ２０〜２００　ｍＪ
／　ｃｍ”のうち目的に適った最適値を選ぶ。その後Ｎ
メチルビロリドンニ水＝４＝１の組成の現像液にて２５
℃で約１０分間現像し、非酸化性雰囲気中で２００℃３
０分及び４３０℃６０分の熱処理を行うことにより第８
図に示すようにパターニングされた膜厚Ｚ、５μｍのポ
リイミド膜からなる層間絶縁膜９ａを得る。

ｔｅｌ　次いで第２層配線を形成するためにアルミニウ
ム（又はシリコン入りアルミニウム）蒸着、ホトエツチ
ングにより第９図に示すように第２層アルミニウム配線
４を形成する。この第２層アルミニウム配線４は層間絶
縁膜９ａのスルーホール１０を通して第１層アルミニウ
ム配線２と接続する。

ｌｆｌ　この後、第１０図に示すように第２層アルミニ
ウム配線４を覆うように感光性ポリイミド１１を塗布、
プリベーク、感光、現像し、第１１図に示すようにパタ
ーン化された感光性ポリイミド被膜１１ａを形成する。

この感光性ポリイミド被膜１１ａの形成は前記工程１ｃ
ｌで述べた層間絶縁膜の場合と同じ材料を使用し、同様
の工程１ｃｌ〜ｔｅｌを経て形成されるもので、ある。

ｆｇｌ　現像後、非酸化性雰囲中で２００℃、３０分及
び４３０℃、６０分の熱処理を行い、第１２図に示すよ
うに膜厚２，５μｍのパターン化され（硬化され）たポ
リイミド被膜１２を形成する。１３はポンディンパッド
を示す。

この最終の４３０℃、６０分の熱処理（コンタクトアロ
イ）Ｋより、第１層のアルミニウム配線と第２層のアル
ミニウム配線とのスルーホール１０における接触部分の
電気的接触抵抗が低減され、正常な電気的導通が得られ
ることになる。

２層配線構造の場合は以上述べた実施例の工程で終了す
るがさらに上層にアルミニウム配線を形成して３層以上
の配線構造とする場合には、第２層目のアルミニウム配
線の場合と同様な方法のくり返しで形成することが可能
である。

上記の実施例では眉間絶縁膜として感光性ポリイミドを
用いる場合について述べたが、本発明はこれ以外に層間
絶縁膜として従来から用いられているポリイミドや二酸
化けい素などの無機膜を用いることも可能であり、その
場合にはバターニングのためにホトレジストな使用する
ことはいうまでもない。

〔効　果〕

本発明によれば下記の効果がもたらされる。

（１）　感光性ポリイミドを絶縁膜として使うことによ
り、その熱処理工程と配線間の電気的抵抗低減のための
熱処理を兼ねることが可能となるため、工程数を少なく
して生産性を向上させ結果として原価低減ができる。

（２）　また、熱処理時間が全体として短（なるから、
アルミニウム配線上の絶縁被膜の凹凸（ヒロックス）の
発生を少なくすることができると同時に、高温熱処理の
くり返しによる半導体素子の特性劣化を防止することが
できる。

〔利用分野〕

本発明は２層以上のアルミニウム配線を有し、表面を有
機性絶縁膜で覆うＩＣなどの半導体装置に利用して最も
有効である。本発明はまた、ＩＣ等に関係なく絶縁基体
上に形成した金属多層配線構造たとえばプリント配線基
板に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２層の電極配線構造の一例を示す断面図である
。 第２図はこれまでのポリイミドを用いた２層配線プロセ
スのチャート（計画図）である。 第３図は本発明による感光性ポリイミドを用いた２層配
線プロセスのチャート（計画図）である。 第４図は感光性ポリイミドにおける最終熱処理温度とポ
リイミド化後の耐熱性の関係を示す曲線図である。 第５図乃至第１２図は本発明の一実施例を示すものであ
って、感光性ポリイミドを用いた２層ア　・ルミニウム
配線構造体の製造プロセスの工程断面図である。 １・・・半導体基体、２・・・第１層アルミニウム配線
、３・・・層間絶縁膜（ポリイミド膜）、４・・・第２
層アルミニウム配線、５・・・保護用絶縁膜（ポリイミ
ド膜）、７・・・半導体素子、８・・・表面酸化膜（Ｓ
　ｉ　Ｏ！　）、９・・・感光性ポリイミド膜、１０・
・・スルーホール、１１・・・感光性ポリイミド被膜、
１２・・・パターン化されたポリイミド膜、１３・・・
ポンディングパッド。 第　１　図 第　４　図 １５妊横煕りＬギψシｈメオ　（’こ１第　２　図　第
　３　同 第　６　図 ２ 第　８　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体上に第１層目の配線を形成し、この上に層間絶
   縁膜を介して第２層目の配線を形成し、第２層配線を上
   記層間絶縁膜にあけた透孔を通して第１層配線に導通さ
   せ、第２層配線を覆うように上層絶縁膜を形成するにあ
   たって、上層絶縁膜には高耐熱性と感光性とを有する樹
   脂を使用し、該樹脂を硬化させて高耐熱性樹脂膜とする
   ための最終熱処理を上記第１層配線と第２層配線との導
   通な得るための熱処理に兼ねて行うことを特徴とする多
   層配線構造体の製造方法。 ２　上記第１層及び第２層の配線はアルミニウム又はア
   ルミニウムを主成分とする金属を使用する特許請求の範
   囲第１項に記載の多層配線構造の製造方法。 ８、上記高耐熱性と感光性とを有する樹脂として、ポリ
   アミド酸、ビスアジド光架橋剤、炭素−炭素二重結合を
   有するアミン化合物、分子内に１個以上の水酸基を含み
   かつその沸点が常圧で１５０℃以上の化合物とからなる
   感光性重合体組成物において、ポリアミド酸の構造が一
   般式： （ただしＲは２価の芳香族環含有有機基又はケイ素含有
   有機基を表わす）の繰り返し単位で表わされるポリアミ
   ド酸を用いた感光性重合体組成物を使用する特許請求の
   範囲第１項又は第２項に記載の多層配線構造体の製造方
   法。