JPS62221119A - 透孔形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は膜体、特にポリイミド系樹脂のごとき有機樹脂
のＮ体に微小の透孔（スルーホール）を形成する技術に
関し、たとえば半導体装置の層間絶縁膜にスルーホール
を形成する場合に利用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

ＩＣやＬＳＩの多層配線技術において、層間絶縁膜にポ
リイミド系樹脂を使用する技術については、（株）工業
調査会発行の電子材料１９８２年３月ｐ３８〜４４等に
記載されている。その概要は配線パターン上にグレボリ
マー液を回転塗布し、これをベーキングすることにより
重合を進めポリイミド膜を形成して表面形状が滑らかな
ほぼ平坦化した層間絶縁膜をうるものである。

このようなポリイミド系樹脂膜に上下の配線を接続する
ためのスルーホールをあける場合、ホトレジスト（感光
耐食性樹脂）をマスクとして、ウェットエッチ又はドラ
イエッチにより行っている。

ポリイミド系樹脂のウェットエッチを行うには、第１０
図に示すようにポリイミド系樹脂膜２上に形成したホト
レジスト４をマスクにしてヒドラジン（４０〜８０％溶
液）などの有機性溶剤を用いるかプラズマエッチ（ＰＥ
）による等方性エッチ技術では同図のよ５にスルーホー
ル６の側壁面はテーパー状となり、ポリイミド樹脂層２
が厚いと上下面のホール径に差が生じる。ウェットエッ
チによる最小のホール径ａの限界は４μｍ８度である。

一方、ドライエッチでは、異方性エツチング技術である
反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）法により第１１図に
示すように微細で（ｂ＝０．８μｍ）垂直な側面をもつ
スルーホールエッチが実現できる力ｔ、必然的に段差が
急峻となり、第１２図に示すように段差部分で上層人！
配線７を形成する場合に、ｌのステップカバレッジがわ
るく断線不良を生じるという問題をさけられない。

さらに基体表面で段差を有する下地上に形成されたポリ
イミド膜に対して従来の方法でスルーホールをあげる場
合Ｋ、段差の左右でポリイミド膜の厚さが異なるため、
１層のレジストマスクを使用するエツチングでは均一な
深さにホールをあけることは困難である。

このような諸問題の対策として本発明者は下記のような
３層レジスト法を応用した技術を検討している。これは
公知とされた技術ではないが、その概要は次のとおりで
ある。

すなわち、ポリイミド系樹脂を下層とし、中層にクリコ
ン窒化物（ｓｉ、Ｎ、）膜又はポリＳｉ膜などの無機物
の膜を介してその上にホトレジスト膜ハを重ねて３層と
する。上層のホトレジストはドラ・２′ 一イエッチでマスクパターニングした後、中層、下層を
ウェットエッチ又はドライエッチによりスルーホールを
あける。

このほかに、下層ポリイミド樹脂の上に３Ｌ入りのホト
レジストによるマスクを形成し、このマスク表ガをＯ，
ガスを用いた反応性イオンエツチング技術により５ｉｎ
ｓ膜を形成して耐ドライエツチ性を付与する特殊な２層
レジスト法を応用した技術が考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記の３層レジストの形成にあたっては、中間
層の生成にはＣＶＤ法が用いられるのに下層、上層の有
機物は回転塗布法を用いるので全く異なるプロセスを重
ねる連続作業であるため、作業が複雑でコスト高になる
こと、中間層のエツチングも必要なこと、形状制御が困
難であることなどの問題がある。

また、前記の２層しジスト法応用技術では、ポリイミド
のドライエツチング時に上層のレジストが変質すること
、処理条件が難しく量産むきではないこと及びレジスト
除去が困難であることなどの問題がある。

本発明は上記した諸問題を克服するためになされたもの
であり、その主たる目的は、多層配線プロセスで、ポリ
イミド系樹脂上のマスク形成工程を簡略化し、しかも精
度よいスルーホールを得る方法を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は１
本明細書の記述及び添付図面からあきらかになろう。

〔問題点を解決するための手段〕

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、第１の膜体であるポリイミド樹脂の上に第２
の膜体としてポリイミド・シラン系樹脂膜を介在させこ
の上に第３の膜体として感光性のオートレジストを形成
し、この第３の膜体を部分的に露光現像してマスクを形
成し、このマスクを通してウェットエッチ又は及びドラ
イエッチを行うことにより第１の膜体にスルーホールを
あけるものである。

〔作　用〕

上記した手段によれば、３層とも樹脂性の層であること
により連続形成が容易であり、エッチの種類の選ぶこと
によりスルーホールの形状の制御が容易で微小径のスル
ーホールを実現でき、前記目的を達成できるものである
。

〔実施例〕

第１図乃至第９図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、ポリイミド系膜体にスルーホールをあけるプロセス
の工程断面図である。以下図面にそって工程順に説明す
る。

＋１１　　基体１の上に３膚の樹脂膜を形成する。すな
わち、第１図に示すように、基体１、たとえば半導体基
板に第１層のＡＡ配線（図示しない）を形成したものを
用意し、第１の膜体としてポリイミド系樹脂２を適度の
厚さに形成し、キュア処理し。

＠２の膜体としてポリイミドシラン３を塗布したのちベ
ータし、さらに第３の膜体４としてホトレジスト４を塗
布する。

第１の膜体であるポリイミド系樹脂２は、たとえば芳香
族シアンと芳香族テトラカルボン無水物を反応して得ら
れるポリイミド系樹脂のプレポリマー溶液をスピンナ塗
布したのち溶媒成分を蒸発させ２００〜３００Ｃで熱処
理して重合硬化するものである。

第２の膜体のポリイミドシラン３はホトレジスト下層に
塗布する反射防止材を使用する。この第２の膜体は薄く
、たとえば２０００〜３０００人程度の膜厚にスピ／す
塗布し、ベークは第３の膜体の現像液でサイドエツチン
グがコントロールできる範囲で処理する。

第３の膜体としてのホトレジスト４は、たとえばポジ型
レジストを用いることができる。

（２）第２図に示すようにメタルマスク５を用いて第３
の膜体４を部分的に露光する。

（３）第３の膜体（ホトレジスト）を露光後現像を行う
。この現像に引きつづいて第２層のポリイミドシラン樹
脂も現像液によりエツチングされ第３図に示すようにア
ンダカット又はサイドエツチングされる。このあとスル
ーホール形成のためのエツチングはエツチング方式およ
びその順序を選ぶことによって下記（４Ａ）（４Ｂ）（
４Ｃ）のようにエッチ態様が変ってくる。

（４人）　上記ホトレジストをマスクに反応性イオンエ
ッチ（ＲＩＥと称す。）を行い、ひきつづいてプラスマ
エッチ（ＰＥと称す。）を行うことによりポリイミド系
樹脂にスルーホールをあける。

まず、第４図に示すようにＲＩＥを行うことによって、
第２の膜体のポリイミドシラン樹脂３がマスクになり【
第１の膜体２のポリイミド樹脂が異方性エッチされて垂
直の側面をもつホール６があけられる。このＲＩＥ時に
第３の膜体ホトレジスト（点線で示す）４がエッチされ
て消滅する。

次いでＰＥを行うことにより第５図に示すように第１膜
体のポリイミド樹脂２は等方性エッチされて上部が広く
、下部が狭いスルーホール８があけられる。

（４Ｂ）　前記工程（３）のあと（４人）とは逆に、Ｐ
Ｅ→ＲＩＥの順序でエッチを行うことによりポリイミド
樹脂に異なる形状のスルーホールを形成することになる
。すなわち、先にＰＥを行うことにより、第６図に示す
ようにポリイミド樹脂が等方性エッチされ℃テーパの側
面をもち上部が広く底部がせまいホール９があけられる
。ひきつづいてＲＩＥを行うことにより第７図に示すよ
うに、ホールのせまい底部にならって垂直な下部側面を
もつスルーホール１０が得らｔＬる。

（４Ｃ）　前記工程（３）のあと、ＲＩＥのみを行うこ
とによりポリイミド樹脂に階段形状のスルーホールを形
成することができる。

まず第１段階で、第８図に示すように第３の膜体ホトレ
ジスト４のある状態でＲＩＥを行うことによりせまい面
積で垂直なホール１１があけられる。このＲＩＥの際に
第３の膜体ホトレジストはエッチされて消滅する。

次いでさらにＲＩＥを継続することにより、こんどは第
２の膜体３がマスクとなって、第１の膜体ポリイミド２
が垂直方向に均一にエッチされて第９図に示すように階
段形状のスルーホール１２が完成する。

以上の各実施例で述べた本発明によれば次のような作用
効果が生じる。

（１）積層した３層のいずれも有機性材料であり、それ
ぞれ回転塗布法により形成することができ、無機性材料
を介在させないから、一つの装置を使用して連続的に処
理することができ、膜厚のコントロールも容易であり、
コストも低減できる。

（２）ポリイミド樹脂のドライエツチング（ＲＩＥ）で
中間層の材料を上層のレジストの現像液に可溶であるこ
とＫより、酸素プラズマ中では下層のマスクとなるよう
に選択することができる。

１３＋　　中間層（ポリイミドシラン）のエツチング工
程は実質上ないも同然であり、その材質上オーバーハン
グの形状が得られ、それにより、スルーホールの形状を
コントロールできる。

（４）　　エツチングの方式を変えることでスルーホー
ルの形状を任意に選ぶことができる。

゛（５）上記作用効果によって、多層配線形成工程にポ
リイミド樹脂を用いたＬＳＩのスルーホール径の縮小化
が容易となるとともにスルーホールにテーパを形成する
ことにより、上層配線の断切れ防止ができるという相乗
効果が得られる。

以上本発明者に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。

たとえば、中間層のポリイミドシランにはアルカリに回
答な金属又はシリコンを含む他の有機物を用いてもよい
。

本発明はリニアＩＣに適用した場合もつとも効果がある
。

〔発明の効果〕

本願において開示された発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。

すなわち、多層配線の眉間膜に使用されるポリイミド膜
を簡易化したプロセスで微小にして精度第１図乃至第５
図は本発明の一実施例を示す屠体にスルーホールをあけ
るプロセスの工程断面図である。第６囚乃至第７図及び
第８図乃至第９図は本発明の変形実施例を示す工程断面
図である。

第１０図乃至第１２図は従来法によるスルーホール形成
の状態を示す断面図である。

１・・・基体、２・・・第１の膜体（ポリイミド系樹脂
χ３・・・第２の膜体（ポリイミドシラン系樹脂）、４
・・・第３の膜体（ホトレジスト）、５・・・セメタル
マスク、６・・・スルーホール、７・・・ＡＪ配線、８
．９゜１０．１１．１２・・・スルーホール。

第　　４　　図 ７　　　　　　　　　　第　　Ｓ　　同第　　６　　図 第　　８　　図 ｉ　　　　　　　　　第　　９　　図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、樹脂性の第１の膜体上に第２の膜体を介して感光耐
   食樹脂からなる第３の膜体を積層し、第３の膜体を部分
   的に露光現像することによりマスクを形成し、このマス
   クを通してウェットエッチ又は及びドライエッチにより
   第１の膜体に透孔を形成するにあたって、第２の膜体は
   第３の膜体によるマスク形成のための現像液に可溶の樹
   脂性材質であり、かつ、ドライエッチの際に第１の膜体
   のマスクとして機能しうる材質を使用することを特徴と
   する透孔形成方法。 ２、第１の膜体はポリイミド系樹脂であり、第２の膜体
   はポリイミド・シラン系樹脂である特許請求の範囲第１
   項に記載の透孔形成方法。 ３、ポリイミド系樹脂からなる第１の膜体上に第２の膜
   体を介して感光耐食性の第３の膜体を積層し、この第３
   の膜体を部分的に露光現像することによりマスクを形成
   し、このマスクを通して第１の膜体に透孔をあけるにあ
   たって、第２の膜体はポリイミド・シラン系樹脂を使用
   するとともに、第１の膜体への透孔をあけるためのウェ
   ットエッチ、又は、及びドライエッチのエッチ順序を選
   択することによって上記透孔の形状を制御することを特
   徴とする透孔形成方法。