JP2007311793A - パターンマスクを伴うプラズマエッチングの方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンマスクを伴うプラズマエッチングの方法を提供する。
【解決手段】シリコンと砒化ガリウム（ＧａＡｓ）との異なる素子をウェーハの２つの部分内に備え、シリコン部分２は一般的な半導体、ＧａＡｓ部分１はＲＦ素子のためにある。シリコン内２のパッド４ａ，４ｂの材料は通常金属でパッド上に金属酸化物が通常形成され、その金属酸化物は不必要でプラズマエッチングプロセスによって除去される。バッファ膜５とマスク６がエッチングの必要な領域を露出する膜上に位置合わせされた後付着され、次いで、プラズマドライエッチングを行い、金属酸化物を除去する。
【選択図】図１Ｂ

Description

この発明は、実装組立用のエッチング法に関し、および、特に、パターンマスクを伴うプラズマエッチングの方法に関する。

半導体の処理および製造において、前もって堆積された薄膜および／または基板それ自体をエッチングすることが、必要である。一般に、エッチングプロセスの２つの型式、すなわち、ウェットエッチングおよびドライエッチング、がある。ウェットエッチングは、化学溶液内に浸漬されると材料を溶解するが、ドライエッチングは、反応性のイオンあるいはプラズマを使用して材料をスパッタし、あるいは溶解する。ウェットエッチングの欠点は、エッチの等方性によって引き起こされるアンダーカッティングである。ドライエッチングの目的は異方性エッチを形成することであり、エッチングが片方向であることを意味する。異方性エッチは、忠実度が高いパターン転写のために決定的である。

フッ素イオンが、電界で加速されて試料あるいはエッチング領域の表面に衝突し、そこで、二酸化珪素と結合して、そして次に、分散される。電界が表面の方へイオンを加速したので、これらのイオンによって引き起こされるエッチングは、ラジカルのエッチングと比べて非常に支配的であり、イオンが様々な方向に進行するので、エッチングは異方的である。ドライエッチングプロセスにおいて、ハードマスクが特定の領域をエッチングから保護するのに用いられ、エッチングされるよう望まれる領域だけを露出する。従来、ＲＩＥエッチングあるいはプラズマエッチングは、エッチングパターンとしてフォトレジストを使用する。

実装組立用のエッチングは、チップ形成に対するエッチングときわめて異なる。特定の処理が、メタルパッド上に形成される自然酸化物を除去するために導入されることができる。一般的に、ウェーハがその上に形成される一般的なシリコンベースの素子を含む場合、ウェットエッチングによって望ましくない材料を除去する可能性がある。しかし、もし実装されるべきウェーハあるいは基板が異なる種類の素子を含むならば、例えば、１つはアルミニウムパッドを含み、他は金パッドを含む。公知のように、酸化物がアルミニウムパッド上に形成される可能性がある。したがって、その上に形成される酸化物を除去するためにエッチングが必要である。しかし、ブランケットエッチングあるいはウェットエッチングは、酸化物形成のないウェーハの部分、たとえば金パッドに損傷を与えるであろう。ブランクエッチングが実装組立のために実行される場合、従来法は金パッドに損傷を与えるであろう。その上、効果的に出力の分量を増加することは、難しい。望まれることは、これらの問題を克服するために実装組立のための新しい方法である。

本発明の主要な目的は、個々のチップの代わりにウェーハを実装するためのパターンマスクを伴うプラズマエッチングの方法を供することである。パターンマスクは、エッチングされるよう望まれる領域だけを露出するために、第１の素子および第２の素子を有するウェーハ上に形成される膜の上に付着される。パターンマスクのために必要とされる何の露光ステップもあるいは現像ステップもない。したがって、本発明の利点は、効果的に出力の分量を改善するプラズマエッチングあるいはＲＩＥエッチングのための簡単にされた処理方法を供することである。

その上、本発明の別の利点は、本発明が、ＰＲコーティングモジュールと比べて安価なマスク取付モジュールを伴うドライエッチングシステムを供することである。その上、水を乾燥させるためのハードベイクを含む、ＰＲコーティングプロセスは、したがって、従来のＰＲプロセスに対するより多くの時間をとる。

本発明は、信号ダイの領域に形成される層、材料の除去に適用されることができる。さらに、除去する材料は酸化物に限定されず、任意の望ましくない材料が本発明によって除去されることができる。例えば、本発明はＣＭＯＳセンサ上の不必要なコーティングを除去するために適用されることができる。

本発明の主要な目的は、エッチングの方法であって、その上に形成されるバッファ膜を有するマスクを設けることであって、このマスクは後でバッファにマスクを通して形成される少なくとも一つの空気開口を有する、ことと、この少なくとも一つの空気開口が、エッチングされるべき領域を露出することを可能にするために、ウェーハの一部を覆うバッファ膜を通してウェーハ上にマスクを付着することであって、このウェーハはシリコンベースの領域およびＧａＡｓベースの領域を含み、このウェーハはエッチングをうける少なくとも一つの領域を有するダイを含む、ことと、バッファ膜の材料は弾性材料、たとえば硅素樹脂、弾性ＰＵ、多孔質ＰＵ、アクリルゴム、ブルーテープ、ＵＶテープ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエステル（ＰＥＴ）あるいはポリプロピレン（ＢＯＰＰ）、を含む、ことと、マスクの材料は、非伝導性材料とすることができる、ことと、この少なくとも一つの空気開口を通してドライエッチングを実行することであって、このドライエッチングは、プラズマエッチングを含む、ことと、を含む、エッチングの方法を供することである。

本発明の別の目的は、ドライエッチングシステムを提供することであって、このドライエッチングシステムは、プラズマエッチングシステムあるいは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）システムを備え、このドライエッチングシステムは、このドライエッチングシステムを制御するための制御装置と、プラズマを発生させるためのバイアスを供給するために制御装置に接続される電源と、プロセス条件を入力し設定するために制御装置に接続される入力および設定部分と、処理されたウェーハのチャンバを真空にするために制御装置に接続される真空装置と、処理されたウェーハ上にマスクを付着しておよび位置合わせするために制御装置に接続されるマスク取付モジュールと、を備え、マスクは非伝導性材料を含み、マスクは空気開口およびその上に形成されるバッファ層を含む。

その上、本発明はまた、ドライエッチングシステムであって、プラズマエッチングシステムであって、このプラズマエッチングシステムは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）システムを備える、システムと、チャンバ内の処理されたウェーハ上にマスクを付着しておよび位置合わせするためにプラズマエッチングシステムに接続されるマスク取付モジュールと、を備え、前記マスクの材料は、非伝導性材料を含む、ドライエッチングシステムを供する。その上、マスクは空気開口およびその上に形成されるバッファ層を含む。

本発明のいくつかの見本実施態様が、次により詳細に記載される。それにもかかわらず、本発明は、明示的に記載されるものの他に、広範囲の他の実施態様において実践されることができ、および、添付の請求の範囲内に明記される場合を除いて、本発明の有効範囲は明示的に限定されない。次いで、異なる素子の構成要素は、一定の比例に縮小・拡大して示されない。関連構成要素のいくつかの寸法は誇張され、意味がない部分は、本発明のより明確な記述および理解を供するために描画されない。

本発明は、プラズマエッチングのための方法を開示する。この方法の連続的ステップが、別々に図１Ａないし図１Ｄに示される。まず、ウェーハ上に少なくとも２つの異なる領域１および２を含むウェーハが、図１Ａに示すように供され、領域１および２の材料は、それぞれ、シリコンおよび砒化ガリウム（ＧａＡｓ）とすることができる。領域１および２は、２つの異なる種類の素子を形成するために用いられる。例えば、シリコン領域２は従来の半導体基板とすることができ、一方ＧａＡｓ基板１は通常ＲＦ素子を製造するためである。

ボンディングパッド材料は、素子の種類にしたがって選択される。たとえば、シリコンベースの素子はアルミニウムパッドを有し、ＲＰ素子用の材料は金である。図において、ボンディングパッド３ａ、３ｂおよびパッド４ａ、４ｂが、ワイヤーボンディングのために別々にＧａＡｓ領域１およびシリコン領域２の上面に形成される。一般的に、パッド４ａおよび４ｂの材料は、金属、例えばアルミニウムであり、パッド３ａおよび３ｂの材料は金である。金属酸化物が、アルミニウムパッド４ａおよび４ｂの表面に形成される可能性がある。自然酸化物は、実装組立中にエッチングによって除去されなければならない。上述した、従来法によるブランクエッチングおよびウェットエッチングは、副作用を引き起こす。

パターンを伴うバッファ膜５が、図１Ｂに示すようにその後マスク６の底部に付着される。バッファ膜５のパターンは、マスク６のパターンと位置合わせされる。バッファ膜５は、好ましくは、硅素樹脂、弾性ＰＵ、多孔質ＰＵ、アクリルゴム、ブルーテープあるいはＵＶテープ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエステル（ＰＥＴ）およびポリプロピレン（ＢＯＰＰ）を含む、絶縁材料から作られる。バッファ膜５は、マスク６をウェーハに付着するための粘性あるいは接着材の特性を有し、バッファ膜５は、印刷、コーティング、タッピングあるいはモールディング方法によって形成される。

マスク６は、図１Ｃに示すようにバッファ膜５を介してウェーハの表面に付着され、マスク６およびバッファ膜５は、それぞれ、シリコンベースの領域を露出し、ＧａＡｓベースの領域を覆うために空気開口を有する。本発明の実施態様において、マスク６はアルミニウムパッド４ａおよび４ｂを露出する。バッファ膜５はマスク６とウェーハとの間に形成され、したがって、マスク６はウェーハの表面を保護するために直接ウェーハに付着されない。バッファ膜５が、エッチングされるのを望まれないＧａＡｓベースの領域の表面を保護するために用いられることができる。マスク６はリソグラフィ用のフォトマスクとは異なることに留意する必要がある。従来のフォトマスクの様ではなく、イオンは空気開口経由でマスク６を貫通することができ、それは照光が通過することを可能にするための開口に位置合わせされる透明材料を含む。パターンマスク６の空気開口は、本発明の実施態様においてアルミニウムパッド４ａおよび４ｂに位置合わせされ、かつそれらを露出する。マスク取付モジュール２７（図２を参照）が、ウェーハ上にマスク６を付着するために用いられる。

ドライエッチングが実行され、例えば、アルミニウムパッド４ａおよび４ｂ上の金属酸化物を除去するために、図１Ｄに示すように、領域１および２上にプラズマ７を印加する。好ましくは、ドライエッチングはＲＩＥエッチャ、電子サイクロトロン共鳴プラズマ、誘導結合プラズマエッチャ、ヘリコン波プラズマエッチャあるいはクラスタプラズマプロセスによって供される。前述のエッチング装置は、マスク取付モジュール２７を含む。

マスク６およびバッファ膜５は、また、図１Ｅに示すように本発明の一実施態様において単一のダイ８の表面に形成されることができる。したがって、マスク６はプラズマ７によってエッチングされるべきダイ８の部分を露出し、および保護のためのダイ８の部分を覆う。

したがって、本発明は実装にとって望ましくない材料の除去法を供する。空気開口を備えたマスク６は、プラズマによってエッチングされるべき基板の部分を露出し、マスク６によって覆われる基板の部分を保護するために基板に付着される。代わりとして、除去をうける材料は、酸化物に限定されず、任意の望ましくない材料が、本発明によって除去されることができる。例えば、ＣＭＯＳセンサの用途において、本発明はレンズ領域以外の領域上のコーティングのような不必要な層を除去するために適用されることができる。

図２は、本発明の別の実施態様に従うプラズマドライエッチャシステムのブロック図を示す。このドライエッチングシステムは、制御装置２０、調節弁２１、バイアス高周波電源２２、入力および設定部分２３、プラズマを発生させるための高周波電源２４、真空装置２５、真空切替弁２６およびマスク取付モジュール２７、を備える。制御装置２０は、通常コンピューターシステムを備える。調節弁２１は、エッチングガスと堆積ガスとの間で真空プラズマチャンバの雰囲気内の制御ガスを交互に切り換え、それによってシリコン基板のエッチングを交互に実施するように制御装置２０によって制御される。およびプロセスガスを切り換える場合、制御装置２０は真空切替弁２６および調節弁２１を制御し、および、真空装置２５によって真空プラズマチャンバを真空にし、それによって内圧が１０^−２Ｐａ以下になるようにする。一般に、真空装置２５はドライポンプおよびターボポンプを含む。したがって、ちょうど使用され終えたプロセスガス（エッチングガス）は、十分に吸出される。

さらに、制御装置２０は、高周波電力２４（電圧）およびバイアス電力（電圧）２２を入力および設定部分２３から入力された予め設定された条件に基づいてプラズマを発生させるために設定し、それによってエッチングプロセス、堆積プロセスおよび真空化プロセスのための時間を制御し、同じくエッチングガスおよび堆積ガスの流量を制御する。本発明のドライエッチングシステムは、エッチングの前にバッファ膜５の表面上にマスクを付着して位置合わせするための制御装置２０に接続されるマスク取付モジュール２７を更に備える。

上記の記述に従って、本発明は、エッチングのための領域を露出するために表面膜上にマスクを付着して位置合わせするための制御装置２０に接続されるマスク取付モジュールを備える、ドライエッチングシステムを供する。パターンマスクのプロセスは、従来法と比べてより単純でおよび容易である。製造の分量が、効果的に改善されることができる。

具体的な実施態様が例示されておよび記載されたとはいえ、もっぱら添付の特許請求の範囲のみによって限定されることを目的とすることから逸脱することなく、様々な修正が実行されることができることは、当業者にとって明白であろう。

上記目的および本発明の他の特徴および効果は、図面を参照しながら、以下の詳細な説明を読みとった後により明らかになるであろう。
本発明のドライエッチングプロセスの図である。 本発明のドライエッチングプロセスの図である。 本発明のドライエッチングプロセスの図である。 本発明のドライエッチングプロセスの図である。 本発明の別の実施態様のドライエッチングプロセスの図である。 本発明のＲＩＥエッチャ制御システムのブロック図である。

Claims (5)

1. エッチングの方法であって、
   その上に形成されたバッファ膜を有するマスクを設けるステップであって、前記マスクは、後で前記バッファに前記マスクを介して形成される少なくとも一つの空気開口を有する、ステップと、
   前記ウェーハの一部を覆うために前記バッファ膜を介してウェーハ上に前記マスクを付着し、前記少なくとも一つの空気開口がエッチングされるべき領域を露出することを可能にするステップと、
   前記少なくとも一つの空気開口を介してドライエッチングを実行するステップと、を含む方法。
2. 前記ウェーハは、シリコンベースの領域およびＧａＡｓベースの領域を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記バッファ膜は、硅素樹脂、弾性ＰＵ、多孔質ＰＵ、アクリルゴム、ブルーテープ、ＵＶテープ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）あるいはその組合せを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ドライエッチングシステムであって、
   前記ドライエッチングシステムを制御するための制御装置と、
   前記制御装置に接続され、プラズマを発生させるためのバイアスを供給するための電源と、
   前記制御装置に接続され、プロセス条件を入力し、かつ設定するための入力および設定部分と、
   前記制御装置に接続され、処理されたウェーハのチャンバを真空にするための真空装置と、
   前記制御装置に接続され、前記処理されたウェーハ上にマスクを付着し、かつ位置合わせするためのマスク取付モジュールと、を備えるシステム。
5. ドライエッチングシステムであって、
   プラズマエッチングシステムと、前記プラズマエッチングシステムに接続され、チャンバ内の処理されたウェーハ上にマスクを付着し、かつ位置合わせするためのマスク取付モジュールと、を備えるシステム。

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