JPS62502646A - ポリイミドに先細形状のビア・ホ−ルを作成する方法 - 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】 発明の背景 本願発明は集積回路に関し、特に回路内で金属により相互に接続する方法に関す る。

基本的には集積回路は表面に複数のトランジスタが作られた半導体サブストレー トから成っている。これらトランジスタは、それぞれの絶縁層上のトランジスタ の上にある、１つあるいはそれ以上の層から成る金属の導体によって選択的に結 合されている。絶縁層を貫通する金属膜で覆われたビア・ホールは、異なる層の 胴体を相互接続するのに使用される。

しかし、このような構成のもつ木質的な問題は、ビア・ホールの金属膜は絶縁層 の上にある金属導体よりも薄くなる傾向にあり、この厚みの減少により、ビア・ ホールによる抵抗が回路が適正に動作する抵抗値よりもあまりにも高くなりすぎ たり、あるいは事実上、開放回路となってしまうことがある。高い形状比（即ち 、幅に対する深さの比が大きい）を有するビア・ホールではこの問題が最も発生 しやすくなる。

上述した問題を解決しようとして、絶縁層上の金属導体の厚みを増加させること により、簡単にビア・ホールの金属膜の厚さを増やすことはできない。これは各 導体は木質的に断面において直角であり、絶縁層の上にある導体は絶縁層の１つ の段を形成しているためである。

絶縁層が広い段状部分に亘って沈積されるとき、絶縁層の厚みは均一でなくなる 。いいかえれば、絶縁層は段の端部で薄くなり、これは短絡の原因ともなりうる 。またフォトレジストの層が広い段状部分に亘って沈積されるとき、レジストは その段の上部以外では薄くなる傾向にある。このことは次のパターンエング・プ ロセスの間に段の上部より偶然にレジストが剥される原因ともなる。

その結果として、より多くの金属を沈積してビア・ホールの金属膜の厚みを増大 させると、段のカバレッジ（被度）の問題を悪化させるという板ばさみ（ジレン マ）が発生する。

従って、本願発明の目的は集積回路における上述した問題を克服する、金属によ り相互接続させる改良された方法を提供することを目的とする。

発明の簡単な概要 本願発明によれば、ポリイミドの絶縁層上に導体の各層を形成し、異なる層の導 体間をポリイミドの中を通る金属膜で覆われた先細形状のビア・ホールにより接 続することによって、上述した目的が達成できる。そしてこの先細形状のビア・ ホールは以下の工程によって形成される。

ポリイミド層上に２酸化ケイ素（ＳＩ０２　）の層を、２酸化ケイ素（Ｓｌ　０ ２　）層の上にフォトレジスト層を、ビア・ホール用のポリイミドの部分を露出 した開口部を有するように沈積する工程と、ポリイミド層の途中までの露出した ポリイミド部をエツチングし、それと同時に、開口部の側壁のフォトレジストを 後方にエツチングする。これにより、露出したポリイミド部の周辺（外辺部）に 隣接したＳ、Ｏ，の細長い部分を剥き出しにする工程と、Ｓ、Ｏ２の剥き出しに なった細長い部分をエツチングして、ポリイミドの露出部分を広げる工程と、 露出したポリイミド部分から更にポリイミドを取り除くように、更には開口部の 側壁のフォトレジストを後方にエツチングするエツチング工程を繰り返す。

図面の簡単な説明 第１図は本願発明に従ってテーパ状（先細形状）にされた金属膜でコーティング されたビア・ホールの拡大断面図である。

第２ａ−ｈ図は本発明に係る第１図の構造を作成する工程を例示した図である。

第３図は実際に製作された第１図の構造の顕微鏡写真である。

第４図は比較のための従来技術により金属膜でコーティングされたビア・ホール の顕微鏡写真である。

発明の詳細な説明 まず第１図を参照して、本願発明の好適な一実施例１０の詳細を説明する。具体 例１０は半導体サブストレート１１を含み、このサブストレートには、サブスト レートの上部表面部１１ａに集積された複数のバイポーラトランジスタ１２があ る。これらのトランジスタ１２は従来からある形式のものであるため、単に略図 で示されている。

トランジスタ１２の上に重なって２酸化ケイ素（Ｓ＋　０２　）層１３があり、 トランジスタ１２を相互に接続する導体１４の１つの水平面が層１３の上部にあ る。ポリイミド１５の層は層１３の上にあり、ポリイミド層はまた導体の選択さ れた部分を露出させているビア・ホール１６を除いて、導体１４を覆っている。

他の層である金属導体１７はポリイミド層１５の上に重なっており、それら導体 の金属はビア・ホール１６の側壁を覆い、その結果導体１４と電気的に接続され ている。

上述した具体例１０の主な特徴は、各ビア・ホール１６が先細形状（テーパ状） の側壁を有していることである。１つの実施例においては、このテーパは複数の 階段１６ａのような形状である。他の実施例では、側壁は先細形状１６ｂ？有し ている。いずれの場合も、これらのテーパ１６ａと１６ｂが、側壁に沈積された 導体１７の金属の厚さを、ポリイミド層１５の上部の金属層の厚さに比例して増 やすようにしている。

第２ａ〜２ｈ図は先細形状のビア・ホール１６を作成する好適なプロセスを例示 したものである。ここでは、参照記号１５は第１図に示したものと同様なポリイ ミド層を示している。層１５の下にある全ての構造（即ち、構成要素１１〜１４ ）は従来例の工程で作成されるものであり、ここでは再び例示しない。

まず初めに第２ａ図では、厚いポリイミド層１５（例えば、３μｍ）が下にある 構成要素１４と１３上に、パターン化されない形で沈積される。その後、薄いＳ 、Ｏ，層１８は（例えば０．３μｍ）がポリイミド層１５の上に沈積され、厚い フォトレジスト層１９（例えば３μｍ）が層１８の上に沈積される。レジスト１ ９の選択された部分（例えば３×３μｍ２　）がポリイミド１５の部分２０に亘 って取り除かれ、そこにビア・ホール１６が作られる。これはフォトレジスト１ ９を部分２０の広さに亘って露光し、そのあとで露出したレジストを選択してエ ツチングすることによって得られる。

その後、第２ｂ図〜２ｇ図で例示されたように、反応性イオンエツチング・シー ケンスの結果、図に示した構成が得られる。このシーケンスにおいて、２つの異 なる反応性イオンガスが使用される。

ガス２１の１つは５ｌｏ２をエツチングし、他のガス２２はフォトレジストをポ リイミドとともにエツチングする。ふされしくは、ガス２１は７５ＳＣＣＭのＣ ＨＦ３と３ＳＣＣＭの酸素（ｏ２）であり、ガス２２は７０ＳＣＣＭ（７）酸素 （０２）である。

（ＳＣＣＭは標準的ｃｍ’／分） 始めに、第２ｂ図に示したように、反応性イオンエツチングは、ガス２１により 部分２０上の露出したＳｌ　０２層１８を取り除くことにより行われる。その後 、＄　２　ｃ図に例示したように、反応性イオンエツチングが、ガス２２によっ て部分２０のポリイミド層１５の途中（例えば約１μｍ中に）までエツチングす ることにより得られる。同時に部分２０の開口部の側壁上のフォトレジスト１４ は、ガス２２によって後方にエツチングさハる。この後方へのエツチング量は部 分２０がエツチングされる深さの０．１〜０．５倍である。側壁上のレジスト１ ９の傾斜がより垂直のときは、後方にエツチングされる量は減少する。

その後、第２ｄ図に示したように、他の反応性イオンエツチングがガス２１によ ってなされる。これは第２°Ｃ図のエツチングによって露出された３１０２の細 長い部分１８ａを取り除く、こうして露出したポリイミド２０の部分２０のサイ ズは大きくなる。

その後、第２ｅ図で示した様に、他の反応性イオンエツチングがガス２２によっ て行われる。このエツチングは、露出したポリイミド部分２０を更に層１５の中 （約１μｍ内側に）にエツチングするもので、層１５を貫通することはない。そ してまた同時に、部分２００開口部の側壁上のフォトレジスト１９が後方にエツ チングされる。

そして第２ｆ図で示されたように、更に他の反応性イオンエツチングがガス２２ でなされる。これにより第２ｅ図のエツチングによって露出されたＳ、Ｏ，層の 他の細長い部分１８ｂを取り除き、露出したポリイミド部分２０のサイズが再び 大きくなる。

その後、第２ｇ図で示したように、最後の反応性イオンエツチングがガス２２で なされる。このエツチングはポリイミド層１５を露出部分２０で貫通し、ビア・ ホール１６の形状を作りあげる。その後、５１０２層１８に沿って残りのフォト レジスト１９が第２ｇ図のように除かれる。そしてパターン化された金属導体１ ７が第２ｈ図で示したように沈積される。

５１０２　とフォトレジスト及びポリイミドが上述した様にエツチングされると 、ビア・ホール１６の側壁は階段状に形成される。しかし、階段の幅が減少する につれて、階段の角が削り取られる傾向にある。その結果、側壁は丁度ビア・ホ ールの上部に１つの小さな垂直段があり、ビア・ホールの残り部分を通してスム ーズなテーパとなっている形状１６ｂとなる。

好ましくは、ガス２２によるエツチング段の各々は、ポリイミド層１５に０．２ 〜１．５μｍ入り込んでいるだけである。実験によって証明されたように、こう することにより、ビア・ホールの側壁の全ての場所で、金属１７をポリイミド層 の上部にある金属１７の少なくとも４０％の厚さにすることができる。

上述したプロセスで作成された実際の金属膜コーティングされたビア・ホールの 顕微鏡写真を第３図に示す。この写真を観察すると、ポリイミド層１５の上部の 金属層導体１７は約１．０μｍの厚さで、ビア・ホール１６の側壁の金属は約０ ，５〜１．０μｍの厚さである。

それに比べ、第４図はビア・ホールが垂直な壁で形成された同様な回路の顕微鏡 写真である。この図はポリイミド層の上部の金属導体もまた１μｍの層であるが 、垂直な側壁のある部分の金属はたった約０．１μｍの厚さである。

本願発明の好適な具体例とそれを形成する方法は詳細に説明された。しかしなが ら更に、本願の性質及び要旨から外れることなく多くの変更や修正が可能である 。

例えば、エツチング工程で使用されるガス２１とガス２２の回数を、ポリイミド 層１５の厚さが増えるにつれて増やしても良い。第２ａ〜２ｈ図において、ガス ２２でなされる合計３回のエツチングはポリイミド層が３μｍの厚さで、ガス２ ２による各エツチングはその層の中に１μｍ入り込んでいる。

他の変更は、ポリイミド層は集積回路の他の有機体の絶縁物質に置き換えてもよ く。５１０２層１８はチタンのような無機の絶縁物質であってもよい。またフォ トレジスト１９はポリメタリル酸メチルの様な、有汲体のマスキング物質で置き 換えられる。ここで重要なことは、層１５と１９で使用される有機物質は本質的 にガス２２で同じ割合でエツチングされるが、ガス２０では認める程にエッチン グされない。一方、層１８に使用された無機物質はガス２１によって選択的にエ ツチングされるが、ガス２２ではエツチングされな従って、上述した詳細な説明 に対し多くの変更が可能であるが、本願発明はこれら詳細な説明に限定されるも のでなく、添付したクレームによって定義されるものである。

ＦＩＧ、ｌ。

ＦＩＧ、２ａ。

ＦＩＧ、２ｈ。

ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴｈＥ　ＺＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＳＥ、”ｌ：’ＬＣ ＨＲＥ？ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．集積回路のポリイミド層に先細形状のビア・ホールを作成する方法であつて 、 前記ポリイミド層にＳ１Ｏ２層を沈積し、前記Ｓ１Ｏ２層の上にフオトレジスト 層を沈積し、それら各層はビア・ホールのためにポリイミド層部分を露出させる 開口部を有するように沈積される工程と、 前記露出されたポリイミド層部分をポリイミド層の途中までエツチングし、同時 に前記開口部の側壁のフオトレジストを後方にエツチングし、その結果、前記露 出したポリイミド部分の外辺部に隣接した前記Ｓ１Ｏ２の細長い辺を露出させる 工程と、前記Ｓ１０２の露出した細長い辺をエツチングして前記ポリイミドの露 出した部分を広げる工程と、 露出したポリイミド部分から更にポリイミドを取り除くエツチング工程と、 前記開口部の側壁上の前記フオトレジストを後方にエツチングする工程を繰返す 工程とを含むことを特徴とする集積回路のポリイミド層に先細形状のビア・ホー ルを作成する方法。
2. ２．前記ポリイミド層は少なくとも２回の広げる工程と、次に前記エツチング工 程を伴なうそれぞれの工程を行うことによつて、完全にエツチングされることを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記ポリイミド層は少なくとも２．０μｍの厚さを有し、そのうち各前記エ ツチング工程のそれぞれにより、前記ポリイミド層の０．２〜１．５μｍが取り 除かれることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
4. ４．前記ポリイミド層のエツチングは、優先的に前記層に対して垂直に行われ、 前記先細形状のビア・ホールは、最初に前記露出工程によつて露出された前記ポ リイミドの部分にほぼ一致する狭い末端部を有するように作成されることを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．前記エツチング工程と広げる工程はそれぞれ異なるタイプのイオンにより反 応性イオンエツチングでなされることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方 法。
6. ６．更にパターン化された金属層を前記ポリイミド層に第１の厚さで沈積し、同 時に、前記エツチング工程の後に残つている前記露出したポリイミド部分の側壁 上に、第１の厚さの少なくとも４０％の第２の厚さで金属層を沈積する工程を更 に含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
7. ７．前記Ｓ１Ｏ２層は前記フオトレジスト層の厚さの１／５以下であることを特 徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
8. ８．集積回路の有機体の絶縁層に先細形状のビア・ホールを作成する方法であつ て、 前記有機体の絶縁層上に無機のマスク層を沈積し、前記無機のマスク層上に有機 のマスク層を沈積し、前記マスク層はビア・ホールのために前記絶縁層の部分を 露出させる開口部を有する工程と、前記露出した絶縁部分の途中までをエツチン グし、一方、同時に前記開口部の側壁上の有機マスク層を後方にエツチングし、 前記無機マスク層の細長い部分を、前記露出した絶縁層の周辺部で露出させる工 程と、 前記絶縁層の露出部分を前記無機マスク層の露出した細長い部分をエツチングす ることにより広げる工程と、露出した部分から更に有機絶縁物質を取り除くよう にエツチングする工程と、前記開口部の側壁上の前記有機マスク層を更に後方に エツチングする工程を繰り返す工程とを含むことを特徴とする集積回路の有機体 の絶縁層に先細形状のビア・ホールを作成する方法。
9. ９．ポリイミド層と、前記層の背中合せの位置にある表面上の上部導体と下部導 体と、前記層を通過して前記導体間を相互に接続する金属膜でコートされたビア ・ホールと、前記ビア・ホールは前記導体の厚さに比例して金属の厚さを増すよ うに先細形状の側壁を有していることを特徴とする集積回路。
10. １０．前記側壁は階段形状であることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の集 積回路。
11. １１．前記階段のそれぞれは高さが０．２〜１．５μｍであることを特徴とする 請求の範囲第１０項に記載の集積回路。
12. １２．前記側壁はビア・ホールの上部に１つの垂直な段と、ビア・ホールの残り の部分はなめらかなテーパ状であることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の 集積回路。
13. １３．前記側壁上の全ての場所における前記金属は前記上部の導体の厚さの少な くとも４０％であることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の集積回路。