JP2004103625A

JP2004103625A - 低温液体を用いたリフトオフプロセス

Info

Publication number: JP2004103625A
Application number: JP2002259505A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ukibe; 浮辺　雅宏; Masataka Okubo; 大久保　雅隆
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】従来のリフトオフ方法においては、フォトレジストおよびその上の金属膜を除去する際、有機溶媒によるレジストの溶解を利用しているため、有機溶媒が入り込みにくい微細なパターンの場合には確実にリフトオフ方法を実行することが困難であるという問題があった。
【解決手段】本願発明のリフトオフ方法は、基板上にパターニングした有機膜と共にこの有機膜状の金属膜を除去する際に、従来のように、すぐに有機溶剤による有機膜の溶解を利用する前に、基板全体を低温液体によって直接あるいは間接的に冷却することにより、直接基板上に堆積した金属膜と有機膜上に堆積した金属膜の間に細かい亀裂を生じさることで、有機溶媒を、従来のものにおいては入り込みにくかった所にも入り込ませることができるので、確実に有機膜とその上の金属膜を除去することが可能となるものである。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、リソグラフィにおけるリフトオフ方法および有機膜除去方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
レジストなどの有機物を用いるリフトオフ方法は、半導体装置などの微小回路の作製プロセスにおいて、基板上に所定のパターンの金属配線を形成する場合になどに用いられる。そして、このようなリフトオフ方法は、一般に次のような工程を経て実施される。
【０００３】
Ｓｉ基板上にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ技術を用いて所定の形状にパターニングする。こうして、金属配線を形成するためのリフトオフ用パターンを作製する。続いて、スパッタ装置を用いて、基板全体に金属膜を成膜する。このとき、Ｓｉ基板上にはリフトオフ用パターンのフォトレジストが形成されているため、Ｓｉ基板上に直接に堆積された金属膜とフォトレジスト上に堆積された金属膜とが形成される。
【０００４】
続いて、基板全体を有機溶媒の中に浸漬して、Ｓｉ基板上のフォトレジストを溶解する。こうして、Ｓｉ基板上のフォトレジストとともに、フォトレジスト上の堆積された金属膜をも除去し、Ｓｉ基板上に直接に堆積された金属膜のみを残存させる。こうしてＳｉ基板上に残存させた金属膜からなる所定のパターンの金属構造物を形成する（たとえば、下記非特許文献１参照）。
【０００５】
このようにリフトオフ方法は、微小回路の作製プロセスにおいてエッチングの困難な金属膜を、または金属膜に重大なダメージを与えずに所定のパターンにパターニングする手段として有用である。
【非特許文献１】
「ＬＳＩハンドブック」社団法人　電子通信学会編、オーム社、昭和５９年１１月３０日発行、第２７６頁
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のリフトオフ方法においては、フォトレジストおよびその上の金属膜を除去する際、有機溶媒によるレジストの溶解を利用しているため、有機溶媒が入り込みにくい微細なパターンの場合には確実にリフトオフ方法を実行することが困難であるという問題があった。
【０００７】
また、基板全体に金属膜を成膜する際、飛来する金属粒子は基板表面に垂直な速度成分以外に、基板表面に斜めに衝突する方向の速度成分も有していることから、リフトオフ用パターンのレジストの側壁にも金属膜が形成され、この側壁の金属膜とＳｉ基板上に直接堆積された金属膜とがつながってしまうこともある。このため、フォトレジスト及びその上の金属膜を除去して、Ｓｉ基板上に残存させた金属膜からなる金属構造物を形成する際に、レジスト側壁の金属膜により有機溶媒がレジストに触れにくくなり、確実にリフトオフ方法を実行することができないという問題があった。とくに成膜する金属膜の厚さに対して、レジストの厚さが十分に厚くできない場合には、レジストの側壁への金属膜の形成がおきやすくなるために、確実にリフトオフ方法を実行することが困難となっていた。
【０００８】
さらに、溶剤によって化学的にレジストを溶解し金属膜を除去するため、確実にリフトオフをするには、溶剤を加熱し溶剤の化学的活性を高めなければならないときもあるが、作製する金属膜の特性が熱によって劣化してしまうような場合には溶剤の加熱が困難なため、確実にリフトオフ方法を実行することが困難となっていた。
【０００９】
このように、従来のリフトオフ方法は、エッチングの困難な金属膜を所定の形状にパターニングする手段としては有用ではあるものの、微細なパターンの金属配線の形成、または厚い膜厚の金属構造物を形成、熱耐性の小さな金属構造物を形成するには確実性に乏しいプロセスである。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、所定の金属膜からなる微細パターンを高い確実性で持って形成できることができるリフトオフ方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明のリフトオフ方法は、基板上にパターニングした有機膜と共にこの有機膜状の金属膜を除去する際に、従来のように、すぐに有機溶剤による有機膜の溶解を利用する前に、基板全体を低温液体によって直接あるいは間接的に冷却することにより、直接基板上に堆積した金属膜と有機膜上に堆積した金属膜の間に細かい亀裂を生じさることで、有機溶媒を、従来のものにおいては入り込みにくかった所にも入り込ませることができるので、確実に有機膜とその上の金属膜を除去することが可能となるものである。
【００１２】
また、低温液体で基板全体を冷却する際に、窒素雰囲気中において行うことにより、基板表面に結露、氷が生成されるのを防ぐので、表面の汚染を防ぐことができ、よりいっそう確実にその有機膜とその上の金属膜及びその側壁の金属膜を除去することが可能になるものである。
【００１３】
なお、本願発明のリフトオフ方法において、低温液体としては、液体窒素を用いることが好適であるが、液体アルゴンを用いてもよい。
【００１４】
【実施例】
本願発明のリフトオフ方法により、Ｓｉウェーハ上に４μｍ幅の金属配線を形成する例について説明する。
ここで、図１〜図５は、それぞれ本実施形態に係わるリフトオフ方法を説明するための工程断面図である。
【００１５】
半導体基板としてＳｉウェーハ上に、膜厚１．３μｍのフォトレジスト（ＯＭＲ−８３）を塗布した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、この図１のようにフォトレジストを所定の形状にパターニングする。
【００１６】
こうして、４μｍ幅の金属配線を形成するための必要な幅の線状の開口部を持つリフトオフ用パターンのフォトレジストを形成する。なお、その後酸素プラズマを用いて、パターニング後のウェーハ全体をアッシングし、開口部の底に残っているレジストを除去しパターンをシャープにする。
【００１７】
続いて、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚２００ｎｍのＮｂ膜と膜厚６０ｎｍのＡｌ膜、最後に１５０ｎｍのＮｂ膜を順に成膜し、三層構造の金属配線用のＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属膜を形成する。このときＳｉウェーハ上にはリフトオフ用のパターンのフォトレジストが形成されているため、Ｓｉウェーハ上にＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属膜が直接に堆積され、フォトレジスト上にもＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属膜が堆積される。
【００１８】
なお、このＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属膜を成膜する際、飛来する金属粒子は、Ｓｉウェーハ表面に垂直な方向の速度成分以外にもＳｉウェーハ表面に斜めに衝突する速度成分をも有していることから、図２のようにリフトオフ用パターンのフォトレジストの側壁にもＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属膜が、レジスト上、及びＳｉウェーハ上のＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属膜とつながった状態で形成される。
【００１９】
続いて、図３に示すように、Ｓｉウェーハを液体窒素の満たされた容器にそのまま５分間沈め、−１９７度に冷却する。その後、Ｓｉウェーハを液体窒素容器から取り出し、表面に窒素ガスを吹きつけＳｉウェーハを常温にする。
【００２０】
続いて、図４に示すように、Ｓｉウェーハを摂氏５０度に加熱した剥離液（ＯＭＲ剥離液）に２時間浸す。超音波洗浄を、剥離液中で浸し始めてから２０分後に３分、さらに２時間後に５分行う。
【００２１】
続いて図４に示すように、Ｓｉウェーハを摂氏５０度に加熱したキシレン溶液に１時間浸す。超音波洗浄をキシレン溶液につけてから２０分後に３分、さらに１時間後に５分行う。
【００２２】
続いて図４に示すように、Ｓｉウェーハを常温（摂氏２３度）のアセトン、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、純水にそれぞれ５分ずつ浸し洗浄する。
【００２３】
こうした上記の一連のプロセスを行うことにより、Ｓｉウェーハ上のリフトオフ用パターンのフォトレジストとともに、このフォトレジスト上のＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属膜及びその側壁のＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属膜を除去する。その結果、図５に示すとおり、Ｓｉウェーハ上にはＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属膜のみが４μｍ幅の配線パターンに残存して、このＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属膜からなる４μｍ幅のＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属配線が形成される。
【００２４】
上記プロセスにおける最良の条件は、ＯＭＲ−８３　６５ｃｐの場合、以下のとおりである。
１．レジスト塗布
スピンコート：初期回転８００回転　３秒、その後４０００回転、２０秒
プリベーク：プレート９０度、９０秒
露光量：１６０ｍＪ／ｃｍ^２
現像：：９０秒
リンス：９０秒
ポストベーク：プレート９０度、３分
【００２５】
２．アッシング
酸素圧力：３００ｍＴｏｒｒ
酸素流量：３０ｓｃｃｍ
ＲＦ出力：２０Ｗ
ステージ温度：３０度
アッシング時間：３分３６秒
【００２６】
３．Ｎｂ／Ａｌ／Ｎｂ成膜
スパッタＡｒ圧力：７ｍＴｏｒｒ（Ｎｂ）、１０ｍＴｏｒｒ（Ａｌ）
スパッタ電力：３８０Ｗ（Ｎｂ）、３３０Ｗ（Ａｌ）
成膜時間
Ｎｂ：２００ｎｍ　２分１１秒スパッタ
Ａｌ：；６０ｎｍ　　６分４２秒スパッタ
Ｎｂ：１５０ｎｍ　１分３９秒スパッタ
【００２７】
４．リフトオフ
（１）液体窒素：５分間　温度　−１９７度
（２）ＯＭＲ剥離液
つける時間：２時間
温度：５０度
超音波洗浄
つけてから２０分後：３分
つけてから２時間後：５分
【００２８】
（３）キシレン溶液
つける時間：１時間
温度：５０度
超音波洗浄
つけてから２０分後：３分
つけてから１時間後：５分
【００２９】
（４）アセトン、ＩＰＡ、純水
つける時間：５分
温度：２３度
【００３０】
図６は、上記方法により作成したＮｂ／Ａｌ／Ｎｂアレイパターン写真であり、最小配線幅は、４μｍである。
また、図７は、上記方法により４μｍ幅のＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属配線写真である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のリフトオフ方法によれば、基板にパターニングした有機膜とともにこの有機膜上の金属膜を除去する際に、低温液体に浸漬して冷却する手法を用いることにより、微細なパターンであっても確実に有機膜とその上の金属膜を除去することができる。また基板上にパターニングした有機膜の側壁に金属膜が形成されても、冷却によって基板上の金属まくとの間に亀裂ができるため、有機膜とともにその側壁の金属膜も除去することができる。さらに、冷却後の溶剤による有機膜の溶解による有機膜と金属膜の除去の際に、溶剤が冷却により生じた亀裂に入ることで有機膜に用意に触れることができるので、溶剤の加熱温度を下げられるので、作製する金属膜の特性が熱によって劣化することを防ぐことができる。
【００３２】
低温液体で基板全体を冷却する際に、窒素雰囲気中において行うことにより、基板表面に結露、氷が生成されるのを防ぐので、表面の汚染を防ぐ効果が加わり、よりいっそう確実にその有機膜とその上の金属膜及びその側壁の金属膜を除去することが可能になる。
【００３３】
このように、本発明に係わるリフトオフ方法を利用することにより、微小回路の作製プロセスにおいて、リフトオフ方法を確実に効率的に実施することが可能となる。そしてまた、リフトオフ方法を適用する対象を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上に塗布した有機膜を所定の形状にパターニングした状態図
【図２】基板及びレジスト上に金属膜を堆積した状態図
【図３】液体窒素に浸漬し、冷却中の状態図
【図４】有機溶媒に浸漬し、リフトオフ中の状態図
【図５】４μｍ幅のＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属配線パターン形成図
【図６】本リフトオフプロセスにより作成したＮｂ／Ａｌ／Ｎｂアレイパターン写真。最小配線幅４μｍ
【図７】本リフトオフプロセスにより作成した４μｍ幅のＮｂ／Ａｌ／Ｎｂ金属配線写真。

Claims

基板上に塗布した有機膜を所定の形状にパターニングした後、該基板全体に金属膜を堆積する第１工程、該基板全体を低温液体に浸漬する第２工程及び該基板を溶媒につけて該有機膜とともに該有機膜上の該金属膜を除去する第３の工程を有し、該基板上に該金属膜からなる所定のパターンを形成することを特徴とするリフトオフ方法。
請求項１記載のリフトオフ方法において、前記第２工程は、窒素雰囲気において行うことを特徴とするリフトオフ方法。
請求項１記載のリフトオフ方法において、上記基板の冷却は、上記低温液体により直接又は間接的に行われることを特徴とするリフトオフ方法。
請求項１記載のリフトオフ方法において、上記低温液体は、液体窒素であることを特徴とするリフトオフ方法。
請求項１記載のリフトオフ方法において、前記低温液体は、液体アルゴンであることを特徴とするリフトオフ方法。