JPS61214538A - 配線構造体の製造方法 - Google Patents

配線構造体の製造方法

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JPS61214538A
JPS61214538A JP5441185A JP5441185A JPS61214538A JP S61214538 A JPS61214538 A JP S61214538A JP 5441185 A JP5441185 A JP 5441185A JP 5441185 A JP5441185 A JP 5441185A JP S61214538 A JPS61214538 A JP S61214538A
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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〕 本発明は高分子樹脂を眉間絶縁膜もしくは保護膜として
用いる配線構造体及びその製造方法に係り、特に基板と
配線もしくは配線相互の電気的接続が良好な配線構造体
およびその製造方法を提供することにある。
〔発明の背景〕
第2図を用いて従来技術の問題点について述べる、なお
この従来技術は斉木他;電子通信学会誌論文誌;VoQ
63−C(9)(1980/9)  p586に記載さ
れている。まず第2図(a)に示すように表面に絶縁層
もしくは配線層(図示せず)が形成されているSiウェ
ハなどの基板10上にポリイミド樹脂からなる高分子樹
脂層11を形成する0次いで接続口13を形成するため
の、フォトレジスト等からなるマスク12を形成し、抱
水ヒドラジン系エツチング液によって接続口13を形成
する。この接続口13の形成によって露出した基板10
表面には一般にはエツチング液ともしくはその後の洗浄
に用いられる水などと表面に露出した物質との反応層1
4が生成される0例えば基板10表面にSiが露出した
場合はS i O,などが、Anなどが露出した場合に
はAn、O,。
A(1(OH)sなどが生成される。この反応層14は
多くの場合高抵抗もしくは絶縁性を有し。
この上に直ちに配線層を形成しても、該配線層と下地の
基板10や配線層(図示せず)と良好な電気的接続を得
ることは困難である。そこでこの反応層14を除去する
ことが必要である。この反応層14は除去するには、ス
パッタクリーニングによって行なうことができる。これ
は第1図(b)に示すように、マスク12を除去した後
に基板10全面をArなどの不活性ガスイオンによって
エツチングして、高分子樹脂層11表面を僅かに除去(
厚さ2〜50nmが多い)して同時に反応層14をも除
去し、次いで第2図(c)に示すように基板10を大気
に晒すことなく配線層15を形成して、これを所定の形
状に加工する。この様にスパッタクリーニングを用いる
ことによって、例えば基板10表面の配線層(図示せず
)と配線層15との間の、接続口13を介しての接触抵
抗はほぼ熱処理を行なわなくともl X i o−”Ω
・−と、十分に低い抵抗値が得られていた。しかし以上
の技術は以下の様な欠点を有することが発明者らの検討
の結果判明した。すなわち上記方法においては、接続口
13の深さTの、狭い方の幅Wに対する比、即ちアスペ
クト比が1/2よりも小さな場合には、上に説明した如
く良好な接続が得られる。しかしアスペクト比が172
を越えると第2図(d)に示すように、接続口13底部
の反応層14はスパッタクリーニングによっても十分に
は除去されず、逆に高分子樹脂層11表面からエツチン
グされた物質などが堆積したり、接続口13底部に露出
した物質と反応したりして出来る再付着物層16が却っ
て形成されてしまい、低い接触抵抗が実現されなくなる
場合のあることがわかった。これは接続口13のアスペ
クト比が大きくなるにつれて不活性ガスイオンの入射が
少なくなり1反応層14の除去速度の低下する反面、高
分子樹脂層11表面からエツチングされた物質が、接続
口13底部に堆積したり、被エツチング物質が分解して
酸素などが生成されこの酸素などが接続孔13底部に露
出した物質と反応したりして、再付着物層が形成される
ためであることがわかった。従って従来技術においては
アスベスト比172以上の接続口13を用いることは困
難であった。
例えば、高分子樹脂層11の厚さが1μmである場合、
幅Wが2μm以下の微細な接続口23を用いることは困
難であった。
〔発明の目的〕
本発明は上記従来技術の欠点を克服し、172以上のよ
り望ましくは1以上の高アスベスト比の接続口を用いる
ことが可能な配線構造体とその製造方法とを提供するこ
とを目的とする。
〔発明の概要〕
上記従来技術の欠点の生ずる原因は、スパッタクリーニ
ングの際に第2図(d)に示した如く再付着物層16が
形成されるためである。詳細な検討の結果、この様な再
付着物層16は、接続層13が高分子樹脂層中に形成さ
れる場合に特に形成され易いことがわかった。他方接続
口がSin。
や金属などからなる層に形成される場合、接続口のアス
ペクト比比が1以上であっても再付着物の層は殆ど形成
されないことがわかった。
本発明は以上の検討結果に基づき、スパッタクリーニン
グを行なう際に高分子樹脂層表面を再付着物層が生成さ
れにくく、また基板を汚染することのない物質からなる
第1の層でおおった構造とし、しかる後にスパッタクリ
ーニングと第2の層の形成を行なうことによって、アス
ペクト比が1/2以上の接続口部分においても十分に低
い接触抵抗の実現を可能としたものである。第1の層と
してCrもしくはCrを主成分とした合金もしくは化合
物を用いないのは以下の理由による。第1図(a)にお
いて、ポリイミド等の高分子樹脂層21にアスペクト比
1/2以上の接続口23を形成するためには湿式の化学
エツチング液を用いることは一般に困難であることが知
られている。これに代る方法としては水量、他、アイ・
イー・デー・エム・テクニカル・ダイジェスト(How
謹a。
et a Q : IEDM Tehnical Di
gest) 1979. p 54に示されているよう
に、o、もしくは01とAr、02 とフレオン系ガス
との混合ガスを用いたドライエツチング法が用いられる
。しかるにこのドライエツチング法によって第1の層2
7も僅かにエツチングされる。エツチングされた第1の
層はエツチング装置内部や基板20表面に付着する。基
板2oが主にSiから成り、第1の層が主にCrから成
る場合、付着したCrは比較的低温(350℃以上)で
速やかに基板20のSi中に拡散するために、そこに形
成されている素子(図示せず)の特性を損う結果となる
ためである。接続口23の形成の際に露出した基板20
表面には、主に基板20表面を構成する物質の酸化物か
らなる反応層24が形成される。なお第1の層27に接
続口23のパターンを形成するためには、多くの場合フ
ォトレジストによるエツチングマスク(図示せず)が用
いられるが、このエツチングマスクは。
殆どの場合、高分子樹脂層21のエツチングの際に同時
にエツチングされてしまう0次に第1図(b)に示すよ
うに、基板20の表面にスパッタクリーニングを施し、
第1の層27の一部と反応層24とをエツチング除去す
る。さらに基板20を大気に晒すことなく第2の層25
を被着する。
第1図(c)に示すように必要に応じて第2の層25を
マスクとして第1の層27の露出部分を除去することに
よって本発明の配線構造体が形成される。なお第1の層
27が導電性でない場合にはその露出部分を必ずしも除
去する必要はない。
第1の層としてはNi、Ti、Mo、Ta、W。
Pt、Pdなどの金属やこれらとAΩやCuとの合金、
さらにはA(1,Ti、Ta、Siなどの窒化物や窒化
物と酸化物の混合物が適している。第2の層は導電路の
主体となるものでAMやCu。
もしくはこれらとSi、Be、Ni、Pd、Ti。
W、Ta、Mo等との合金が望ましいが、必ずしも単一
の層である必要はなく上記物質の積層膜であっても良い
0本発明の配線構造体においては、第2の層25の下の
第1の層27として耐湿性や耐熱性に優れた上記の金属
や合金もしくは化合物などを用いると、高分子樹脂層2
1中の水分等による第2の層25の腐食が起こりにくく
なり、配線構造体の信頼性が著しく向上する。なお、高
分子樹脂層21中の水分とは、本来樹脂層中に含まれる
ものでなく、外部より高分子樹脂層21中に侵入・透過
して、配線層にまで達するものとされている。また第2
の層25と接続口23底部に露出した層(図示せず)と
の接触抵抗は、従来技術においては、IXl、0−”Ω
・d以下に低減化することは困難であるが1本発明を用
いるとスパッタクリーニングの際に高分子樹脂層21が
エツチングされることが殆どないために、第3図に示す
様に、接続口23の7スペクト比が1を超える場合にお
いても抵抗低減のための熱処理を行なう前において1〜
3 X 10−’Ω・d(いずれも熱処理前)という低
い接触抵抗を実現できるなど、従来技術に比して著しい
利点を有するものである。
〔発明の実施例〕
以下に第1図を用いて実施例を説明する。
実施例1 第1図(a)において、基板20は半導体素子(@示せ
ず)などが形成された集積回路基板であり、その表面の
絶縁層(図示せず)の所定の部分が除去されて素子と配
線層との接続部が露出されたものを表す、その上に厚さ
1μmのポリイミド樹脂からなる高分子樹脂層21が塗
布法によって形成されている。その上に厚さ約50nm
のTiの窒素化合物(T i N)からなる第1の層2
7を被着し、素子と配線層との接続部に相当する1μm
角の部分がエツチングによって除去され、これをマスク
として高分子樹脂層21がosを用いた反応性スパッタ
エツチングによって除去され。
素子の接続部表面にはSi酸化物からなる反応層24が
生成されている状態を示す、この反応層24は物質やエ
ツチング条件等によって異なるが一般には5〜20nm
といわれている1次に第2図(b)に示すようにArを
用いたスパッタクリーニングによって、第1の層27を
30nmエツチングした。このエツチングの際に、反応
物層24も同時に除去された0次いで第2の層25とし
て厚さ約0.9μmのAΩ−2%Si合金を被着し、フ
ォトレジストをマスクとして所定の形状に加工した。更
に第2の層をマスクとして第1の層をも加工して、配線
構造体を形成した0本実施例においては、第2の層25
の下にTiNからなる第1の層27が存在し、このTi
Nが水分等を透過させないために第2の層25の腐食が
防止されるという効果を有する。いわゆる耐湿信頼性試
験では従来構造に比して約1桁寿命が向上した。
なお接続孔23内部において第2の層は高分子樹脂層2
1と直接に接しており、他の部分よりも腐食が起こり易
いといえる。しかし腐食の進行は局所的もしくは確率的
なものであり、接続口23部の接触面積は僅かであるた
め、実用上は殆ど問題とならない0本実施例において、
接続抵抗は1.5×101Ω・−という低い値が得られ
た。
実施例2 基板20および高分子樹脂層21は実施例と同一のもの
を用いた。第1の層27として、厚さ60nmのスパッ
タリングによりTaを形成した。
接続口23に対応する部分をフォトレジストをマスクと
して、CF4ガスを用いた反応性スパッタエツチングに
よって除去し、実施例1と同じ方法によって接続口23
を形成した。その後実施例1と同じ条件によって第2の
層25を被着し、配線パターンに形成した0本構造によ
り効果は大略実施例1と同等であるが、TiN膜は反応
性スパッタリングやCVD法によって形成しなければな
らないのに対し1本実施例におけるTaは通常のスパッ
タ法で被着でき、より簡便な方法であるといえる。
実施例3 第1図(a)において基板20として、MO8素子とそ
れに接続するAl1−1%Cu合金からなる下部配線層
(図示せず)を含むSiウェハを用いた。この上に厚さ
約2μmのポリイミド樹脂21を被着し、第1の層27
として1100nのシリカフィルム(塗布性のS i 
O,膜)を形成した。下部配線層との接続予定部の1.
5X1.5μm2に相当するシリカフィルムを除去し、
実施例1と同様に高分子樹脂層21をエツチングして接
続口23を形成した。以下実施例1と同様な手順によっ
て配線構造体を形成した0本実施例においては、第1の
層27は絶縁性であって、第2の層25の加工後に必ず
しも第2の層25に沿って露出部を除去する必要はない
、しかし、第1の層27下部の高分子樹脂層21は機械
的に柔かく、一方第1の層27は機械的に硬く、もろい
ために外部から機械的な力が加わった際に破損し、その
破片などによって高分子樹脂層21や第2の層27等に
損傷を及ぼす可能性もあるために、露出部を除去したも
のである0本実施例の効果は前2例と同様であるが、第
1の層27が塗布法によって形成可能であるという点で
より簡便である。
実施例4 第1図(a)枚における基板20および高分子樹脂層2
1は実施例3と同等のものを用いた1次にこの上に減圧
CVD法によって1100nのW膜を形成した。W膜は
WF、をガス源とし、0.5〜ITorrの圧力下、基
板温度約350’Cで形成した0次にこのW膜を過酸化
水素水によってエツチングした。高分子樹脂層21表面
にはW膜形成時にポリイミド樹脂との反応によって生成
された約30nmのWC(タングステンカーバイドの層
)が残り、これを第1の層27として用いた0次いでレ
ジストをマスクとし、Arイオンビームによって接続口
23形成予定部の2μm角のwcを除去し、以下、実施
例1と同様な配線構造体を形成した、なお本実施例にお
いては第2の層としてA Q / T a / A Q
が各々400 n m / 10 n m /400n
mの積層膜を用いた0本実施例においては、第1の層2
7の形成にやつ手数を要するが、形成されたものは高分
子樹脂層21との反応生成物であるために、高分子樹脂
層21と第2の層25との接着が極めて良好であるとの
利点を有している。
〔発明の効果〕
上記説明から明らかように本発明の配線構造体及びその
製造方法は従来技術に対して下記の利点を有している。
1)アスペクト比が172以上の接続口を用いても十分
に低い接触抵抗が得られるため、配線構造の微細化が可
能となる。接触抵抗は1〜3×1010・−と従来の約
1710に低減される。
2)高分子樹脂層と導電路の主体となる配線層との間に
耐湿性もしくは耐熱性に優れた層が介在するため、高分
子樹脂層/配線層界面からの配線層の腐食が抑制され、
耐湿信頼性は従来技術に比して1桁以上自害する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の配線構造体及びその製造方法を示す断
面図、第2111は従来技術による配線構造体及びその
製造方法を示すための断面図、第3図は本発明の特長の
一つを説明するための図である。 10.20・・・基板、11.21・・・高分子樹脂層
。 12・・・マスク、13.23・・・接続口、14.2
4・・・反応層、15.25・・・配線層となる第2の
層。 ′JIJ1  品 篤3 図 葛2 目

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、表面に絶縁層を有する基板上に高分子樹脂層と配線
    層とが各々一層ずつ以上積層され、高分子樹脂層もしく
    は絶縁層の所望の位置に形成された接続口を介して、配
    線層と基板もしくは配線層が相互に接続された構造を含
    む配線基板において、接続口の深さの接続口の直径もし
    くはその狭い方の幅に対する比(アスペクト比という)
    が1/2以上である様な接続口を有し、かつ高分子樹脂
    層上の配線層が、少なくとも第1の層と第2の層よりも
    厚い第2の層とを含むことを特徴とする配線構造体。 2、上記高分子樹脂層がポリイミド系樹脂やポリアミド
    系樹脂等の耐熱性樹脂であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の配線構造体。 3、上記第1の層がCrもしくはCrを主成分とする合
    金を除く金属もしくは合金からなることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項乃至第2項記載の配線構造体。 4、上記第1の層がCrもしくはCrを主成分とする化
    合物を除く酸化物もしく窒化物からなることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項乃至第3項記載の配線構造体。 5、高分子樹脂層上に第1の層を形成して、所望の接続
    口を形成すべき部分の第1の層を除去する工程、第1の
    層の除去によつて露出した高分子樹脂層を除去して接続
    口を形成する工程、次に第2の層を被着する工程、を含
    むことを特徴とする配線構造体の製造方法。
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