JPS6153730A - 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する。

〔背景技術〕

１東調査会発行、「電子材料」、１９８１年１１月号、
Ｐ４７−Ｐ５１に記載されろ如（ポリイミド系樹脂は半
導体装置の！Ｒ造に使用されている。

半導体装置を形成する場合、表面酸化膜表面等の高さが
違うため、有機絶縁膜であるポリイミド樹脂を回転塗布
して、ポリイミド樹脂膜上を平坦化する場合に、ポリイ
ミド樹脂に厚さの違いが生じる。そしてこの様なポリイ
ミド樹脂にスルーホールを形成する場合に、化学工・ノ
チング技術あるいはドライエツチング技術をするのであ
るが、発間者の検討により下記のことがあきらかとされ
た。

（１）化学エンチングの場合には、エツチング溶液によ
るサイドエッチが生じるためスルホール下部の径を同一
にしようとした場合に、スルホール上部の径をポリイミ
ド樹脂の厚みによって変えなげればならず、これが半導
体装置の設計効率の低下を招くことになる。

（２）　　ドライエツチングの場合には、ポリイミド樹
脂だけでなく、エツチングマスクとしてのホトレジスト
も同じスピード（エツチングレイト）でゴッチングされ
、マスクとして使えなくなる。そこで、そのホトレジス
トの厚みをポリイミド樹脂の最大の厚みとする必要とな
る。しかし、ホトレジスト膜を厚くすると１．ホトレジ
ストの解像度が悪化し、スルホール径を高精度に微細加
工できない。

また、ポリイミド樹脂上のアルミニウム配線をパターニ
ングするためにドライエツチングする場合、アルミニウ
ム配線だけエツチングするのは難しく、下地のポリイミ
ド樹脂もエツチングされてしまい、ポリイミド樹脂の眉
間絶縁膜としての膜特性が劣化してしまうことがわかっ
た。

〔発明の目的〕

本発明はポリイミド樹脂などの樹脂絶縁層にスルホール
を微細に形成するとともに、このスルホール内部を通じ
て一層目の配線層に接続される二層目の配線層のパター
ニング時に、層間絶縁膜としての樹脂絶縁層のエツチン
グを防止することのできる半導体装置の製造技術を提供
することを目的とする。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は本明
細書の記述および添付図面より明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、下記の通りである。

すなわち、半導体基体上に有機絶縁膜を設け、この有機
絶縁膜上にこれより選択比の高い絶縁層ｊを形成して、
この絶縁層上に開口を持ったマスクを設け、この開口を
通して上記絶縁層をエツチング加工し、さらにこのドラ
イエツチングによって作った絶縁層の開口を通して、上
記有機絶縁膜をドライエツチングしてスルホールを形成
したものである。

〔実施例〕

第１図乃至第６図は本発明の一実施例を示し、半導体基
板上に形成したポリイミド樹脂層に、一層目に対する二
層目の配線通路たるスルホールを形成する場合の工程断
面図を示す。

（１）第２図において、１は半導体素子２（図示しない
）が形成された半導体（Ｓｉ）基体、３はＳ１０．膜、
４は一層目のｋｌ配線である。５は層間絶縁膜としての
有機絶縁膜で、例えばポリイミド樹脂を塗布してベーク
処理したものからなる。

６は有機絶縁膜５を下地として、これの上に形成したマ
スク材としてのアルミナ（ｋ４０３）膜などの絶縁層で
ある。この絶縁層６はポリイミド樹脂よりも選択比が高
い硬質の絶縁層として機能し、必要に応じて同様の性質
を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ□　）、シリコンナイ
トライド（ＳｉｓＮ４）。

プラズマ窒化膜（Ｐ−５ｉＮ）、プラズマ酸化膜（Ｐ−
３ｉＯ）などを代替して使用できる。７はスルホール形
成用のマスク材となるホトレジストマスクで、ホトレジ
スト材を塗布後マスク感光し、現像してパターニング処
理したものである。

（２）　　このホトレジストマスク７を用いて、先ず第
３図に示す様に、ドライエツチング加工によって、絶縁
層６をエツチングする。ドライエツチングは０２プラズ
マやイオンの投射により実行される。

なお、このドライエツチングでは真空度や高周波（ＲＦ
）を変化させて異方性を制御することができろ。また、
このドライエツチング後ホトレンストマスクを除去する
。

（３）次いで、ドライエツチングによって開口した絶縁
層６を、ポリイミド樹脂膜（有機絶縁Ｍ）５のドライエ
ツチング加工用のエツチングマスクとして用いて、第４
図に示す様に有機絶縁ｐＡ５をドライエツチングする。

この場合には上記ドラ・イエッチング加工時と同じく、
サイドエッチ（横方向へのエツチング）を生じろことが
ない。

（４）この後、絶縁層６を残した状態で、エノチングに
よって生じた上記開口部および絶縁層６上にアルミニウ
ム（Ａｌ）を蒸着またはスパッタリングにより形成し、
第５図に示す様な第２層のＡ［配線層８を設ける。

（５）　　さらに、このＡｌ配線層８上であって、上記
開口（スルホール）に対応する部位及び、所望部位に、
電極及び配線形成用のホトレジストマスク９をホトレジ
スト材の塗布後現像してパターニング処理することによ
り形成する。

（６）次に、パターニング処理したホトレジストマスク
９をエンチングマスクとして、第５図に示す様にドライ
エツチング加工して、ｌ配線層８のうち、マスクされな
い部分を除去した後、上記ホトレジストマスク９も除去
して、第６図に示す電極及び配線構造を得ることになる
。

この実施例では、ドライエツチング加工を適当に成層工
程に入れることで、サイドエッチのないスルホールの形
成が可能となるので、チップ面積の縮小が図れるほか集
積度の向上が図れる。また、層間絶縁層としての有機絶
縁膜５上に設けられたＡＴｏ　Ｏｓ　膜などの選択比の
高い絶縁層６は、有機絶縁材５のドライエツチング加工
時のマスクとして作用するほか、第二層のｌ配線層８の
ドライエツチング加工の際、ポリイミド樹脂などの有機
絶縁膜がＯ，プラズム等によって浸蝕されるのを保護す
るという効果を具現する。

第１図は本発明の方法を適用した半導体装置の一部断面
を示すもので、二層構造の配線を有する。

同図において、第６図と同一構成部分には同一符号を付
しである。なお、１０は半導体基体１の表面に形成され
た半導体素子の一部例えばバイポーラトランジスタのペ
ース領域、１１は同じくエミッタ領域、１２は同じくコ
レクタ電極取出領域であり、これらのペース、エミッタ
およびコレクタに第一層の配線層４ａ、４ｂ、４ｃがコ
ンタクトするようになっており、これらの各配線層４ａ
。

４ｂ、４ｃには、上記スルホールを介してそれぞれ第二
層の配線層８ａ、８ｂ、８ｃが接続されるようになって
いる。

１３は最終保護用絶縁膜であって、例えばポリイミド系
樹脂からなる。第二層の配線層８ａ、８ｂ、８ｃは一部
でこの最終保護用絶縁膜１３から露出し、ボンディング
バッド（電極）を形成する。

〔実施例２〕 前記実施例では、有機絶縁層５を１度の異方性ドライエ
ツチング技術をもちいてスルーホールを形成したが、ス
ルホール径が微細となる場合、配線材料となるＡｌの蒸
着時に段切れのおそれが生じてくる。本実施例では、ス
ルーホール径が微細であっても段切れの生じない技術を
示す。

第７図は、スルホール径が微細にもかかわらず配線が段
切れを起さない構造の断面図を示す。

同図において前記実施例と同一部分は同一符号で示す。

同図において特徴的なことは、スルホール上部２０がテ
ーバ状となっていることである。これにより、このテー
パ部に配線材料が段切れなく形成される。

このテーバ部の形成は、下記の２通りが考えられろ。（
１）つはスルホール２０の形成を行なう際にまずポリイ
ミド系樹脂５に対して等方性エツチングが可能なエツチ
ング液を用い絶縁層６をマスクにポリイミド系樹脂を所
望だけエツチングする。

次に再度絶縁層６をマスクに異方性ドライエツチングを
行ないスルホール２０を形成するものである。（２）つ
は、最初に絶縁層６をマスクに等方性ドライエツチング
によりポリイミド系樹脂５をエツチングしテーパ部を形
成する。次に再び絶縁層６をマスクとして異方性エツチ
ングによりスルホール２０を形成するものである。

この後、オーバハング状態の絶縁膜６をエツチング除去
した後前記実施例の如き電極（配線）８を形成する。

〔効果〕

本発明によれば、下記の様な効果が得られろ。

（１）層間絶縁用の有機絶縁膜を加工するため、これよ
り選択比の大きい絶ＡＴｌｊをマスクとしてドライエツ
チングするようにしたので、有機絶縁膜に形成するスル
ホールにサイドエッチが生じることなく、スルホールの
微細加工ができる。このため、チップ面饋の縮小、集積
度の向上を図ることができる。

（２）　　また、有機絶縁膜のドライエツチング用マス
クつまり還択比の大きいＡｌ１０３　等を有機絶縁膜上
に残しておくことにより、第二層の配線層をドライエツ
チング加工する際、このｈｉｔ　Ｏｓ　層カ有機絶縁膜
の損傷を防止できる。

（３）有機絶縁膜のドライエッチング用マスクを第二層
の配線層のドライエツチングのストッパに兼用できるた
め、工程の簡素化を図れる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例について具
体的に述べたが、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い範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。

〔刊用分野〕

本発明はＡｌ多層配線を用いた半導体集積回路装置に適
用して最も有効であるが、他の配線構造のものにも適用
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を適用した半導体装置の一部断面
図、 第２図乃至第６図は本発明の一実施例であり、２層配線
構造においてスルホールを形成するためのプロセスを示
す工程断面図である。 第７図、第８図は本発明の他の一実施例を示す断面図で
ある。 １・・・半導体（Ｓｉ）基体、２・・・半導体素子、３
・・・半導体酸化膜（ＳＩＯｌ）、４・・・第一層のＡ
ｌ配綜層、５・・・有機絶縁膜（ポリイミド樹脂膜）、
６・・・絶縁層（Ａ４ｏ３　膜）、７・・・ホトレジス
トマスク、８・・・第二層のＡｌ配線庵、９・・・ホト
レジストマスク。 代理人　弁理士　　　　　高　橋　明　夫第　　ＩＦＩ
Ａ 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基体上に有機絶縁膜を設ける工程と、この有
   機絶縁膜上にこの有機絶縁膜より選択比の高い絶縁層を
   形成する工程と、この絶縁層上に開口を有するマスクを
   形成する工程と、このマスクの上記開口を通して上記絶
   縁層をエッチング加工し、このエッチング加工によって
   作った絶縁層の開口を通して、上記有機絶縁膜を異方性
   ドライエッチングすることによってスルホールを形成す
   る工程とからなる半導体装置の製造方法。 ２、半導体基体上に有機絶縁膜を設ける工程と、この有
   機絶縁膜上にこの有機絶縁膜より選択比の高い絶縁層を
   形成する工程と、この絶縁層上に開口を有するマスクを
   形成する工程と、このマスクの上記開口を通して上記絶
   縁層をエッチング加工し、このエッチング加工によって
   作った絶縁層の開口を通して、上記有機絶縁膜を異方性
   ドライエッチングすることによってスルホールを形成す
   る工程と、上記スルホールおよび絶縁層上に配線層を形
   成する工程と、上記配線層上にホトレジストマスクを形
   成する工程と、上記配線層をドライエッチングして上記
   配線層をパターニングする工程とからなる半導体装置の
   製造方法。