JP2006080172A

JP2006080172A - 酸化亜鉛膜のパターニング方法

Info

Publication number: JP2006080172A
Application number: JP2004260378A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Hokari; 一志保苅
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: JP4305338B2

Abstract

【課題】酸化亜鉛（ＺｎＯ）のエッチング液の濃度管理を比較的容易とする。
【解決手段】酸化亜鉛膜のエッチング液として、リン酸水溶液にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を添加したものを用いる。そして、図２の二点鎖線（イソプロピルアルコール添加率０％、つまりエッチング液としてリン酸水溶液のみを用いる）では、エッチング速度を好ましい１００ｎｍ／ｍｉｎ程度とするには、リン酸濃度を０．０５６％程度としなければならないが、リン酸の濃度管理として小数点以下２桁以上の精度を要求されるため、実際には極めて困難である。これに対し、図２の実線（イソプロピルアルコール添加率５０％）では、リン酸濃度が０．０５６％程度であると、エッチング速度は３０ｎｍ／ｍｉｎ程度であり、リン酸濃度が０．１８７％程度であると、エッチング速度は１００ｎｍ／ｍｉｎ程度であるので、この範囲をリン酸濃度誤差許容範囲とすることができる。
【選択図】図２

Description

この発明は酸化亜鉛膜のパターニング方法に関する。

酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、優れた半導体の性質を示すことから、例えば、薄膜トランジスタ等の半導体素子の活性層等として用いることが考えられている。しかしながら、スパッタ法により成膜された酸化亜鉛膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングする場合、酸化亜鉛はエッチング液としての酸・アルカリのどちらに対しても極めて溶けやすいため、エッチング速度を制御しにくいという問題があった。

一方、酸化亜鉛、アルミナ、塩化コバルトの各粉末を混合、焼成してスパッタ用ターゲットを作製し、スパッタ法により不純物共添加酸化亜鉛膜を成膜すると、耐酸・耐アルカリ性が向上し、エッチング速度を遅くすることができる方法がある（例えば、特許文献１参照）。この場合、エッチング速度は、スパッタ用ターゲット中のコバルト濃度（添加率）によって決まる。

特開２００２−７５０６２号公報

ところで、エッチング速度の制御は、通常、エッチング液の濃度によって行なうものであるが、特許文献１に記載の方法では、スパッタ用ターゲット中のコバルト濃度によって行なうため、スパッタ法により不純物共添加酸化亜鉛膜を成膜した時点でエッチング速度が決まり、不純物共添加酸化亜鉛膜の膜厚や構造の変化に対応しきれず、汎用性に乏しいという問題があった。また、酸化亜鉛、アルミナ、塩化コバルトの各粉末を混合、焼成してスパッタ用ターゲットを作製しなければならず、コスト高になってしまうという問題があった。

そこで、この発明は、エッチング速度の制御をエッチング液の濃度によって行なうことができ、またスパッタ用ターゲットを低コストで作製することができる酸化亜鉛膜のパターニング方法を提供することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、酸化亜鉛のエッチング液として、酸水溶液にアルコールもしくはアルコール誘導体を添加してなるものを用いることを特徴とするものである。

この発明によれば、酸化亜鉛のエッチング液として、酸水溶液にアルコールもしくはアルコール誘導体を添加してなるものを用いているので、エッチング速度の制御をエッチング液の濃度によって行なうことができる。また、基板上に酸化亜鉛膜を成膜すればよいので、この成膜をスパッタ法により行なう場合、スパッタ用ターゲットを低コストで作製することができる。

図１はこの発明の一実施形態としての酸化亜鉛膜のパターニング方法を示す。この場合、まず、図１（Ａ）に示すように、シリコン、ガラス、樹脂等からなる基板１の上面に、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、キャスト法、メッキ法等により、酸化亜鉛膜２を成膜する。次に、酸化亜鉛膜２の上面に、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜３をパターン形成する。

次に、レジスト膜３をマスクとして、酸水溶液にアルコールもしくはアルコール誘導体を添加してなるエッチング液を用いて、酸化亜鉛膜２をパターニングすると、図１（Ｂ）に示すように、フォトレジスト膜３下にのみ酸化亜鉛膜２が残存される。この場合、エッチング液の温度は、５〜４０℃、好ましくは室温（２２〜２３℃）とする。

ここで、エッチング液として、リン酸水溶液にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を添加したものを用い、リン酸濃度およびイソプロピルアルコール添加率と酸化亜鉛膜に対するエッチング速度（室温２３℃）との関係について調べたところ、図２に示す結果が得られた。

図２において、実線は、イソプロピルアルコールの添加率を５０％とし、リン酸濃度を変化させた場合におけるエッチング速度を示し、一点鎖線は、イソプロピルアルコールの添加率を２０％とし、リン酸濃度を変化させた場合におけるエッチング速度を示す。なお、図２において、二点鎖線は、比較のために、イソプロピルアルコールの添加率を０％とし、つまり、エッチング液としてリン酸水溶液のみを用い、リン酸濃度を変化させた場合におけるエッチング速度を示す。

図２から明らかなように、エッチング速度は、リン酸濃度が大きくなるほど早くなるが、リン酸濃度が同じであれば、イソプロピルアルコール添加率（０％、２０％、５０％）が大きくなるほど遅くなる。ちなみに、イソプロピルアルコール添加率を９０％としたところ、酸化亜鉛膜はほとんどエッチングされなかった。したがって、イソプロピルアルコール添加率は９０％未満が好ましい。

ところで、酸化亜鉛膜に対するエッチング速度は、加工の制御性を考慮した場合、一例として、１００ｎｍ／ｍｉｎ程度が好ましい。なお、上記特許文献１の図１において、エッチング液として０．２モルのＨＣｌを用いた場合、最も遅いエッチング速度はＣｏＣｌ₂添加量３ｗｔ％程度で１２０ｎｍ／ｍｉｎ程度である。

そこで、図２の二点鎖線（イソプロピルアルコール添加率０％）を見ると、リン酸濃度が０．０５６％程度であると、エッチング速度は１００ｎｍ／ｍｉｎ程度である。しかしながら、エッチング液としてリン酸水溶液のみを用い、リン酸濃度を０．０５６％程度とすることは、濃度管理として小数点以下２桁以上の精度を要求されるため、実際には極めて困難である。

一方、図２の実線（イソプロピルアルコール添加率５０％）では、リン酸濃度が０．０５６％程度であると、エッチング速度は３０ｎｍ／ｍｉｎ程度であり、同等濃度のリン酸水溶液のみからなるエッチング液のエッチング速度（１００ｎｍ／ｍｉｎ程度）の約３／１０倍となるが、リン酸濃度が０．０５６×１０／３≒０．１８７％程度であると、エッチング速度は１００ｎｍ／ｍｉｎ程度である。

そこで、エッチング液として、イソプロピルアルコール添加率を５０％とし、リン酸濃度を０．０５６％程度を基準としてその約１０／３倍以内に濃くしたものを用いても、酸化亜鉛膜に対するエッチング速度が３０〜１００ｎｍ／ｍｉｎ程度となり、リン酸濃度誤差許容範囲を約１０／３倍と大きくすることができる。

また、図２の一点鎖線（イソプロピルアルコール添加率２０％）では、リン酸濃度が０．０８％程度であると、エッチング速度は８０ｎｍ／ｍｉｎ程度であり、好ましいエッチング速度（１００ｎｍ／ｍｉｎ程度）の約４／５倍となるが、リン酸濃度が０．０８×５／４＝０．１０％程度であると、エッチング速度は１００ｎｍ／ｍｉｎ程度である。

そこで、エッチング液として、イソプロピルアルコール添加率を２０％とし、リン酸濃度を０．０８％程度を基準としてその約５／４倍以内に濃くしたものを用いても、酸化亜鉛膜に対するエッチング速度が８０〜１００ｎｍ／ｍｉｎ程度となり、リン酸濃度誤差許容範囲を約５／４倍と大きくすることができる。

したがって、エッチング液として、リン酸水溶液にイソプロピルアルコールを２０〜５０％添加したものを用いると、エッチング速度を好ましい１００ｎｍ／ｍｉｎ程度以下に維持して、リン酸濃度誤差許容範囲を約５／４〜約１０／３倍と大きくすることができるので、リン酸の濃度管理が比較的容易となり、このようなエッチング液を比較的容易に調製することができる。

また、酸化亜鉛膜に対するエッチング速度の制御は、エッチング液の濃度、つまり、リン酸濃度およびイソプロピルアルコール添加率によって行なうことができる。また、図１（Ａ）に示すように、基板１上に酸化亜鉛膜２を成膜すればよいので、この成膜をスパッタ法により行なう場合、スパッタ用ターゲットを低コストで作製することができる。

ところで、図３（Ａ）に示すように、エッチング液としてリン酸水溶液のみを用いた場合には、レジスト膜３の側面近傍における酸化亜鉛膜２に対するエッチング速度がその以外の領域におけるエッチング速度よりも早い。そして、図３（Ｂ）に示すように、レジスト膜３の側面近傍における酸化亜鉛膜２に対するエッチングが終了しても、それ以外の領域では酸化亜鉛膜２がまだかなり残っているため、エッチングを続行すると、図３（Ｃ）に示すように、レジスト膜３下に残存する酸化亜鉛膜２に比較的大きなサイドエッチングが生じてしまう。

これに対し、エッチング液としてリン酸水溶液にイソプロピルアルコールを添加したものを用いた場合でも、レジスト膜３下に残存する酸化亜鉛膜２にサイドエッチングが生じるが、この場合のサイドエッチング量は、エッチング液としてリン酸水溶液のみを用いた場合よりも小さくなる。

ここで、図３（Ｂ）に示すように、レジスト膜３の側面近傍以外の領域における酸化亜鉛膜２の平均エッチング量をＡとし、レジスト膜３の側面近傍における酸化亜鉛膜２の最大エッチング量をＢとする。すると、Ｂ÷Ａ×１００（％）は、１００％が理想の状態であるが、触針式膜厚計を用いて測定したところ、エッチング液としてリン酸水溶液のみを用いた場合、２５０〜３００％超であるのに対し、エッチング液としてリン酸水溶液にイソプロピルアルコールを５０％添加したものを用いた場合、１８０〜２２５％であった。

したがって、エッチング液としてリン酸水溶液にイソプロピルアルコールを添加したものを用いた場合には、エッチング液としてリン酸水溶液のみを用いた場合と比較して、レジスト膜３下に残存する酸化亜鉛膜２に生じるサイドエッチング量を少なくすることができ、理想のエッチング状態に近づけることができる。

なお、エッチング液中の酸としては、リン酸に限らず、シリコン、ガラス、樹脂等からなる基板を侵す酸（例えばフッ酸）以外であれば、どの酸を用いてもよい。ただし、リン酸のような不揮発性の酸の方が、エッチング液組成の経時変化が起こりにくいので好ましい。また、エッチング液中のアルコールとしては、イソプロピルアルコールに限らず、シリコン、ガラス、樹脂等からなる基板を侵さないものであれば、他のアルコールもしくはアルコール誘導体を用いてもよい。

また、パターニングの対象である酸化亜鉛膜は、薄膜トランジスタの活性層を形成するための真性酸化亜鉛膜に限らず、薄膜トランジスタのオーミックコンタクト層を形成するためのｎ型またはｐ型酸化亜鉛膜であってもよく、また酸素欠損を生じさせて導電率を変化させた酸化亜鉛膜であってもよく、さらに配線や抵抗層を形成するためのものであってもよい。

（Ａ）、（Ｂ）はこの発明の一実施形態としての酸化亜鉛膜のパターニング方法を説明するために示す断面図。リン酸濃度およびイソプロピルアルコール添加率と酸化亜鉛膜に対するエッチング速度との関係を示す図。レジスト膜下の酸化亜鉛膜に生じるサイドエッチングを説明するために示す図。

符号の説明

１基板
２酸化亜鉛膜
３レジスト膜

Claims

基板上に酸化亜鉛膜を成膜する工程と、前記酸化亜鉛膜上にレジスト膜をパターン形成する工程と、前記レジスト膜をマスクとして、酸水溶液にアルコールもしくはアルコール誘導体を添加してなるエッチング液を用いて前記酸化亜鉛膜をパターニングする工程とを有することを特徴とする酸化亜鉛膜のパターニング方法。
請求項１に記載の発明において、前記エッチング液は、リン酸水溶液にイソプロピルアルコールを添加したものであることを特徴とする酸化亜鉛膜のパターニング方法。
請求項２に記載の発明において、イソプロピルアルコールの添加率は９０％未満であることを特徴とする酸化亜鉛膜のパターニング方法。
請求項２に記載の発明において、イソプロピルアルコールの添加率は２０〜５０％であることを特徴とする酸化亜鉛膜のパターニング方法。