JP2004119605A

JP2004119605A - 半導体装置加工用マスク及びそれを用いた加工方法並びに半導体装置

Info

Publication number: JP2004119605A
Application number: JP2002279343A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sasaki; 佐々木　唯; Fumito Oka; 岡　史人; Shinichi Muramatsu; 村松　信一
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】簡便かつ低コストで半導体装置を加工できると共に、加工の際の半導体装置の損傷を防止できる半導体装置加工用マスク及びそれを用いた加工方法並びに半導体装置を提供する。
【解決手段】被加工材の加工すべき面に接触させ、所定の加工を施すための貫通孔１５を有する自立した固体の半導体装置加工用マスク及びそれを用いた加工方法並びに半導体装置において、被加工材側の面に、被加工材と接触したときの隙間を塞ぐ樹脂層１２を形成する。この樹脂層１２によって被加工材の加工すべき面との隙間が塞がれた状態で加工されることにより、貫通孔１５より露出した部分以外は加工されなくなる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等を加工するための半導体装置加工用マスク及びそれを用いた加工方法並びに半導体装置に係り、特にドライエッチング工程に用いられる半導体装置加工用マスク及びそれを用いた加工方法並びに半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子作製や同一ウェハ上の素子間分離を目的としたドライエッチング工程においては、通常、フォトレジストを用いたリソグラフィーによりエッチングするパターンを形成する。この場合、半導体ウェハ表面にパターニングされたフォトレジストそのものをエッチングのマスクとして用いることが広く行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、パターンの微細さが要求されないようなプロセスにおいては、フォトリソグラフィー法を用いずに、金属板等で作製した自立した固体マスクを用いる方が簡便である。
【０００４】
すなわち、エッチングを行う部分に対応した孔の空いた形状のマスクを用意し、そのマスクを半導体表面に密着させ、プラズマ中に導入することでドライエッチングを行う。これにより、マスクの孔により半導体表面の露出した領域ではエッチングが進行するが、マスクの板に覆われた領域はエッチングされない。この方法によれば、リソグラフィーに要する時間を短縮できる上、プラズマに耐性のあるマスク材料を選ぶことで多数回使用可能であり、低コスト化を実現できる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２２８５３２号公報（第３−４頁、図１、図２）
【特許文献２】
特公平６−９２５４号公報（第２頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、自立した固体マスクを用いてドライエッチングを行う場合、マスクと半導体表面との密着性が悪く、隙間ができてしまうと、本来エッチングしない部分の半導体がプラズマの侵入により損傷を受けてしまう。その結果、本来マスクで保護されるべき素子部分の特性劣化や破壊をもたらすという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡便かつ低コストで半導体装置を加工できると共に、加工の際の半導体装置の損傷を防止できる半導体装置加工用マスク及びそれを用いた加工方法並びに半導体装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、被加工材の加工すべき面に接触させ、所定の加工を施すための貫通孔を有する自立した固体の半導体装置加工用マスクにおいて、被加工材側の面に、被加工材と接触したときの隙間を塞ぐ樹脂層が形成されているものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、加工がドライエッチングであるものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載の構成に加え、樹脂層の材料はドライエッチングにおけるエッチング速度が被加工材に比べて遅い材料からなるものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の構成に加え、樹脂層の材料はポリイミド或いは弗素樹脂からなるものである。
【００１２】
請求項５の発明は、被加工材の加工すべき面に、貫通孔を有する自立した固体の半導体装置加工用マスクを接触させ、その半導体装置加工用マスクの貫通孔を通して被加工材を加工する加工方法において、半導体装置加工用マスクとして、被加工材側の面に、被加工材と接触したときの隙間を塞ぐ樹脂層が形成されたものを用いる方法である。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置加工用マスクを用いて加工したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１に本発明にかかる半導体装置加工用マスクの断面図を示す。
【００１６】
図１に示すように、半導体装置加工用マスクは、所望のパターン状に貫通孔１５が形成された金属板又は樹脂板等からなる自立した固体のマスク本体１１と、このマスク本体１１の被加工材側（図では上側）の面全体に形成され、半導体や金属、樹脂などの被加工材と接触したときの貫通孔１５の周りの隙間を塞ぐ樹脂層１２とで構成されている。
【００１７】
樹脂層１２に使用できる材料としては、プラズマによるダメージを受けにくい材料であり、かつ被加工材表面と密着するために柔軟性を有する必要があり、例えばポリイミドが適している。その他、比較的柔軟性を有し、耐熱性に優れたＰＦＡ（四弗化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹脂）、ＰＴＦＥ（四弗化エチレン樹脂）、ＦＥＰ（四弗化エチレン−六弗化プロピレン共重合樹脂）等の弗素樹脂も使用可能である。また、ＰＦＡやＥＣＴＦＥ（三弗化塩化エチレン−エチレン共重合樹脂）等は、塩酸、硫酸、硝酸、弗化水素酸水溶液等に対する耐薬品性に優れており、ウェットエッチング工程にも使用できる。
【００１８】
次に、本発明にかかる半導体装置加工用マスクを用いた加工方法を半導体装置加工用マスクの製造方法と共に説明する。加工方法の例としては、素子間分離加工方法と開口部形成加工方法とについて説明する。
【００１９】
素子間分離加工方法とは、シリコンウェハ上に作製した複数の素子をドライエッチングにより電気的に個々に分離する加工方法である。
【００２０】
また、開口部形成加工方法とは、石英基板上に形成した半導体素子の下地電極を電気的に外部へ取り出すための開口部をドライエッチングにより形成する加工方法である。
【００２１】
図５（ａ）から図５（ｆ）に本発明にかかる半導体装置加工用マスクを用いた素子間分離加工方法の説明図を示す。
【００２２】
まず、図５（ａ）に示すように高抵抗シリコンウェハ１上に拡散により低抵抗シリコン層２ｂを形成し、その低抵抗シリコン層２ｂ内に複数の素子２ａを形成して素子基板を作製し、これら素子２ａ間をドライエッチングにより分離する。
【００２３】
この分離の際、まず、図５（ｂ）に示すような素子２ａ間を分離するパターンの貫通孔３ｂを有する金属マスク３ａを作製する。
さらに、図５（ｃ）に示すように、金属マスク３ａの素子基板側（図では下側）の面をポリイミド樹脂で均一に被覆して樹脂層４を形成し、半導体装置加工用マスクを製造する。
【００２４】
この樹脂層４の形成方法としては、固体の樹脂膜を金属マスク３ａと同様のパターンに成形して貼り付けても良く、また有機溶剤に樹脂を溶解したワニスを金属マスク３ａに塗布した後で、溶剤を蒸発させても良い。
【００２５】
そして、図５（ｄ）に示すようにこの半導体装置加工用マスクの樹脂層４をシリコンウェハ１上の低抵抗シリコン層２ｂに密着させ、治具（図示せず）で固定する。
【００２６】
この固定の際、シリコンウェハ１上の複数の素子２ａを半導体装置加工用マスクにより覆い、エッチングする部分のみを露出させる。
【００２７】
そして、このシリコンウェハ１及び半導体装置加工用マスクをドライエッチング装置（図示せず）内に設置し、例えば１ＴｏｒｒのＣＦ_４　ガス中で、例えば８０Ｗのプラズマを発生させ、図５（ｅ）に示すように、素子基板の低抵抗シリコン層２ｂをその表面から高抵抗シリコン層（シリコンウェハ１）に到達する深さまでエッチングする。
【００２８】
最後に、シリコンウェハ１をエッチング装置より取り出し、半導体装置加工用マスクを取り外すことで、図５（ｆ）に示すように各素子２ａが分離された半導体装置が形成され、素子間分離工程が終了する。
【００２９】
このエッチングの際には、半導体装置加工用マスクの貫通孔３ｂにおいては、貫通孔３ｂから露出した部分のシリコン層２ｂがエッチングされるが、それ以外の露出していない部分では素子基板表面と半導体装置加工用マスクとの隙間が樹脂層４により塞がれて密着するために、プラズマの侵入が防がれ、シリコン層２ｂは殆どエッチングされない。これにより、プラズマダメージが少ないドライエッチング工程を実現することができる。
【００３０】
また、図６（ａ）から図６（ｇ）に本発明にかかる半導体装置加工用マスクを用いた開口部形成加工方法の説明図を示す。
【００３１】
まず、図６（ａ）に示すように石英基板５上に蒸着又はスパッタにより下地電極層６を形成した後、図６（ｂ）に示すようにその下地電極層６の上に多結晶又は非晶質のシリコン多層膜７を成膜し、さらに図６（ｃ）に示すようにそのシリコン多層膜７の上に上部電極層８を形成して縦構造の半導体装置を作製する。
【００３２】
ここで、この素子の下地電極層６を電気的に外部へ取り出すことを可能にするために、シリコン多層膜７の所望の位置に、ドライエッチングにより開口部を形成する。
【００３３】
まず、図６（ｄ）に示すような貫通孔９ｂを有する金属マスク９ａを作製し、この金属マスク９ａの一方の面にポリイミド樹脂を均一に被覆して樹脂層１０を形成し、半導体装置加工用マスクを製造する。
【００３４】
そして、図６（ｅ）に示すようにこの半導体装置加工用マスクの樹脂層１０を素子表面に密着させ、治具（図示せず）で固定する。
【００３５】
この固定の際、シリコン多層膜７上の素子部分を半導体装置加工用マスクにより覆い、下地電極層６を取り出す部分のみを貫通孔９ｂを通して露出させる。
【００３６】
そして、この半導体装置と半導体装置加工用マスクとをドライエッチング装置（図示せず）内に導入し、例えば１ＴｏｒｒのＣＦ_４　ガス中で、例えば８０Ｗのプラズマを発生させ、図６（ｆ）に示すようにシリコン多層膜７をその表面から下地電極層６が露出するまでエッチングする。
【００３７】
最後に、半導体装置をエッチング装置より取り出し、半導体装置加工用マスクを取り外すことで、図６（ｇ）に示すように下地電極層６を露出させる開口部を有する半導体装置が形成され、開口部形成工程が終了する。
【００３８】
このエッチングの際には、素子表面と半導体装置加工用マスクとの隙間が樹脂層１０により塞がれているため、その隙間にプラズマが侵入しない。これにより素子上のエッチングしない部分のエッチングが防止され、半導体装置の損傷が防がれるので、半導体装置の特性劣化や破壊が防止される。
【００３９】
以上説明したように、本発明にかかる半導体装置加工用マスクを用いて所望の形状に従ってドライエッチングを行うことにより、エッチングすることを望まない領域をプラズマによる損傷から防ぐことができると共に、エッチング工程の低コスト化を実現することができる。
【００４０】
次に、図１に示した半導体装置加工用マスクの変形例について述べる。
【００４１】
図２から図４に変形例の断面図を示す。
【００４２】
図２に示すように、この半導体装置加工用マスクは、貫通孔２５が形成されたマスク本体２１の両面全体が樹脂層２２で覆われている。
【００４３】
このように構成することにより、被加工材とは反対側の樹脂層２２により、エッチング中のマスク本体２１のプラズマによる劣化が防止される。これにより、より多数回の使用が可能になり、１素子当たりの加工コストを低下できる。
【００４４】
また、図３に示すように、この半導体装置加工用マスクは、マスク本体３１に形成された貫通孔３５の周囲部分にのみ樹脂層３２が形成されている。
【００４５】
このように構成することにより、樹脂層３２の面積が小さくなるので、樹脂材料の使用量を低減でき、半導体装置加工用マスクの製造コストを低下できる。
【００４６】
また、図４に示すように、この半導体装置加工用マスクは、マスク本体４１の両面の、貫通孔４５の周囲部分にのみ樹脂層４２が形成されている。
【００４７】
このように構成することにより、半導体装置加工用マスクの少なくとも貫通孔４５の周囲部分はプラズマにより劣化しないので、より多数回の使用が可能になり、１素子当たりの加工コストが低化する。さらに、小さい面積の樹脂層４２により半導体装置加工用マスクと被加工材との隙間が塞がれるので、樹脂材料の使用量が減少して半導体装置加工用マスクの製造コストも低下する。
【００４８】
尚、本実施の形態では、半導体装置加工用マスクをドライエッチング工程に使用する場合について述べたが、ドライエッチング工程のみならず、ウェットエッチング工程や、真空蒸着、めっき等の薄膜堆積工程においても使用可能である。
これらの工程に使用した場合でも、半導体装置加工用マスクと半導体などの被加工材の表面との密着性向上により、エッチング液や堆積物が半導体装置加工用マスクの下（被加工材との隙間）へ入り込まず、良好な加工精度を実現できる。
【００４９】
さらに、本実施の形態では、半導体装置加工用マスクにより単純なパターンを形成する加工方法について説明したが、ウェハ上に作製した素子をウェハごと完全に分離するような、一回のエッチングでは完了しない複雑なパターンを加工することもできる。この場合、異なるパターンの半導体装置加工用マスクを複数作製して、順にドライエッチングすることにより可能になる。
【００５０】
また、本実施の形態では半導体を加工する場合について述べたが、エッチングする被加工材は必ずしも半導体である必要はない。例えば、金属や、シリコン基板上の酸化膜やその他の絶縁膜をエッチングでパターニングする場合にも適用可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、簡便かつ低コストで半導体装置を加工できると共に、加工の際の半導体装置の損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す半導体装置加工用マスクの断面図である。
【図２】図１の半導体装置加工用マスクの変形例の断面図である。
【図３】図１の半導体装置加工用マスクの変形例の断面図である。
【図４】図１の半導体装置加工用マスクの変形例の断面図である。
【図５】（ａ）から（ｆ）は本発明にかかる半導体装置加工用マスクを用いた素子間分離加工方法の説明図である。
【図６】（ａ）から（ｇ）は本発明にかかる半導体装置加工用マスクを用いた開口部形成加工方法の説明図である。
【符号の説明】
１１　マスク本体（金属板）
１２　樹脂層
１５　貫通孔

Claims

被加工材の加工すべき面に接触させ、所定の加工を施すための貫通孔を有する自立した固体の半導体装置加工用マスクにおいて、上記被加工材側の面に、上記被加工材と接触したときの隙間を塞ぐ樹脂層が形成されていることを特徴とする半導体装置加工用マスク。
上記加工はドライエッチングである請求項１に記載の半導体装置加工用マスク。
上記樹脂層の材料は上記ドライエッチングにおけるエッチング速度が上記被加工材に比べて遅い材料である請求項２に記載の半導体装置加工用マスク。
上記樹脂層の材料はポリイミド或いは弗素樹脂である請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置加工用マスク。
被加工材の加工すべき面に、貫通孔を有する自立した固体の半導体装置加工用マスクを接触させ、その半導体装置加工用マスクの貫通孔を通して上記被加工材を加工する加工方法において、上記半導体装置加工用マスクとして、少なくとも上記被加工材側の面に樹脂層が形成されたものを用いることを特徴とする加工方法。
上記請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置加工用マスクを用いて加工したことを特徴とする半導体装置。