JP2008251725A - パターン形成方法、トレンチ型コンデンサの製造方法及び電子素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好なパターニングを行うことが可能なパターン形成方法、及び優れた性能を有するトレンチ型コンデンサや電子素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 ドライフィルムレジストＤＦで凹部Ｄに蓋をした後に、液状レジストのパターニングを行うので、凹部Ｄ内に液状レジストが入り込まず、レジスト内に気泡が発生せず、且つ、液状レジストを用いるため、この液状レジストから作ったマスクを用いて、微細なパターンを形成することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パターン形成方法、トレンチ型コンデンサの製造方法及び電子素子の製造方法に関する。

従来のトレンチ型コンデンサは、例えば下記特許文献１に記載されている。このようなトレンチ型コンデンサは、凹パターンを有しており、凹部の内壁に沿って誘電体層を形成することで、一対の電極間に挟まれた誘電体層からなるコンデンサを形成している。トレンチ型コンデンサは、平板型コンデンサに比べて、同一平面領域内の電極対向面積が大きくなるという利点がある。隣接する凹部の数を増加させると、コンデンサの全体容量は更に大きくなるため、近年では複数の凹部が隣接した構造のトレンチ型コンデンサが製造されている。
特開２０００−１２４４２７号公報

しかしながら、このようなトレンチパターンやコンタクトホール等の凹部が形成された基板上に、液体レジストを塗布してパターニングしようとすると、液状レジストの塗布後の加熱工程時などに凹部内に残留した空気や水分が気体となり、レジスト内に気泡が混入する。レジストはパターニングの精度を決定するものであるため、このような気泡が内部に混入した場合には、良好なパターニングを行うことができない。もちろん、液状レジストの代わりにドライフィルムレジストを用いれば、このような気泡の混入は防止できるが、ドライフィルムレジストは液状レジストよりも解像度が低いため、微細なパターニングを行うことができない。

パターニング精度が低い場合には、このようなパターン形成方法を用いていては、優れた性能のトレンチ型コンデンサや電子素子を製造することができない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、良好なパターニングを行うことが可能なパターン形成方法、及び優れた性能を有するトレンチ型コンデンサや電子素子の製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係るパターン形成方法は、基板に形成された凹部に基板の一部が露出するようにドライフィルムレジストで蓋をする第１工程と、基板上に液状レジストを塗布する第２工程と、液状レジストをパターニングしてマスクを形成する第３工程とを備えることを特徴とする。

本発明の方法によれば、ドライフィルムレジストで凹部に蓋をした後に、液状レジストのパターニングを行うので、凹部内に液状レジストが入り込まず、且つ、液状レジストを用いるため、この液状レジストから作ったマスクを用いて、微細なパターンを形成することができる。

また、本発明に係るパターン形成方法は、第１工程と第２工程の間に、ドライフィルムレジスト上及び基板の一部に金属層を形成することが好ましい。この場合、マスクの開口内に金属層が位置することとなるため、この金属層をシード層とすれば、この上にめっき層を形成することができる。また、この金属層自体を電極などに用いることも可能である。上述の理由から、金属層のパターン精度は優れることになる。

また、第１工程は、ドライフィルムレジストを減圧環境下で凹部に貼り付けることを特徴とする。この場合、凹部内に気体が入りにくい状態で、ドライフィルムレジストが貼り付けられるので、その後の工程で気体が膨張してもドライフィルムレジスト及び上部のマスクが平坦に保持される傾向になる。減圧環境は、好ましくは真空である。

また、パターン形成方法は、第３工程の後、マスクの開口内に金属材料を形成する第４工程と、マスク及びドライフィルムレジストを除去する第５工程とを備えることが好ましい。この場合、マスク及びドライフィルムレジストの除去によって凹部内が外部に開放したトレンチ構造が形成される。したがって、この凹部内に誘電体層及び金属層を形成すれば、トレンチ型コンデンサとなり、凹部がコンタクトホール用に形成されているものであれば、凹部内に金属材料を埋め込むことで下地に接触するコンタクトを形成することができる。

また、本発明に係るトレンチ型コンデンサの製造方法は、端子電極に電気的に接続される上部電極及び下部電極によって挟まれる絶縁層を凹部内に形成してなるトレンチ型コンデンサの製造方法であって、基板に形成された凹部に前記基板の一部が露出するようにドライフィルムレジストで蓋をする第１工程と、基板上に液状レジストを塗布する第２工程と、液状レジストをパターニングしてマスクを形成する第３工程と、第３工程の後、マスクの開口内に端子電極を形成する第４工程と、マスク及びドライフィルムレジストを除去する第５工程とを備えている。この製造方法によれば、パターニング精度が高い金属材料としての端子電極にコンデンサの上部及び下部電極を接続するので、優れた性能のトレンチ型コンデンサを製造することが可能となる。

また、本発明に係る電子素子の製造方法は、上述の第１工程、第２工程、第３工程、第４工程、第５工程、及び凹部内に形成される導体とパターニングされた端子電極とを電気的に接続する第６工程とを備えている。この製造方法によれば、パターニング精度が高い金属材料（配線や電極など）に、電子素子の導体（コンデンサの場合は電極、コンタクトホールの場合には貫通電極）を接続するので、優れた性能の電子素子を製造することが可能となる。

本発明のパターン形成方法によれば、良好なパターニングを行うことができ、優れた性能を有するトレンチ型コンデンサや電子素子を製造することができる。

以下、実施の形態に係るパターン形成方法を用いたトレンチ型コンデンサの製造方法について説明する。トレンチ型コンデンサは電子素子である。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、トレンチ型コンデンサの構造について説明する。

図１（ａ）はトレンチ型コンデンサの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示したトレンチ型コンデンサのＩｂ−Ｉｂ矢印断面図である。

トレンチ型コンデンサは、基板１の表面上に設定された長方形の設定領域Ｒ内に形成されている。なお、この設定領域Ｒの外縁に沿ってダイシングを行うことも可能である。基板１上には、コンデンサ２を取り囲む周辺領域構成材料３が形成されており、周辺領域構成材料３上にはコンデンサ２の両端に位置する電極パッド（バンプ：端子電極）２ｅ_１，２ｅ_２が設けられており、これらは下部電極２ｂ及び上部電極２ｄに電気的に接続されている。

コンデンサ２は、基板表面の材料をエッチングすることによって形成されたトレンチ溝間の領域で規定される凸部２Ａを備えている。複数の凸部２Ａは、基板１の表面から柱状に立設しており、複数の凸部２Ａは電極パッド２ｅ_１，２ｅ_２間の離隔方向に沿って離隔している。複数の凸部２Ａ間のトレンチ溝は、凹部Ｄを構成しており、凸部２Ａの側壁ＩＷ、すなわち凹部Ｄの内側面上に下部電極２ｂ、誘電体層２ｃ、上部電極２ｄが順次形成されており、それぞれの層が凹部Ｄの開口端面上にまで延びている。

図面左側の周辺領域構成材料３上には、下部電極２ｂ、誘電体層２ｃが積層されており、誘電体層２ｃの中央に設けられた開口Ｐを介して、電極パッド２ｅ_１が下部電極２ｂに接触している。図面右側の周辺領域構成材料３上には、下部電極２ｂ、誘電体層２ｃ及び上部電極２ｄが順次積層され、上部電極２ｄの露出表面上に電極パッド２ｅ_２が接触している。なお、トレンチ型コンデンサは、露出表面を被覆する保護膜を更に備えていても良い。保護膜の材料としてはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いることができる。

コンデンサ２は、上下の電極２ｂ，２ｄによって挟まれる誘電体層２ｃを凹部Ｄ内に形成してなるトレンチ型コンデンサである。本実施形態のトレンチ型コンデンサの材料の一例は以下の通りである。
基板１：アルミナ
凸部２Ａ：アルミナ
下部電極２ｂ：Ｃｕ（厚さ０．１μｍ）
誘電体層２ｃ：アルミナ（厚さ０．１μｍ）
上部電極２ｄ：Ｃｕ（厚さ０．１μｍ）
電極パッド２ｅ_１：Ａｕ
電極パッド２ｅ_２：Ａｕ
周辺領域構成材料３：アルミナ（２５μｍ）

本形態では、基板１の表面から凸部２Ａの頂面（凹部Ｄの開口端面）までの距離Ｚ１は、基板１の表面から周辺領域構成材料３の露出表面までの距離Ｚ２に実質的に等しい。「実質的に」とは±１０％の誤差を含むことを意味することとする。

以下、トレンチ型コンデンサの製造方法について詳説する。この製造に先立って、基板１を用意する。基板１は、直径６インチ、厚さ２ｍｍのＳｉ基板の表面にアルミナを２０μｍスパッタして得られるアルミナウェハである。次に、以下の工程（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）を順次実行する。

図２及び図３は、スパッタ法を用いた製造方法を説明するための図である。

左列の（ａ−１）〜（ａ−６）は断面図を示し、右列の（ｂ−１）〜（ｂ−６）は平面図を示している。

工程（１）

まず、基板１に形成された凹部Ｄの周辺領域３０（基板の一部）が露出するように、ドライフィルムレジストＤＦで凹部Ｄに蓋をする。

（凹部形成：図２（ａ−１）、（ｂ−１）参照）

この凹部Ｄの形成にあたっては、基板１上に絶縁層としての材料３を堆積し、続いて、この絶縁層上にＮｉからなるメタルマスクを形成し、メタルマスクの開口内の絶縁層表面をエッチングする。このエッチングにあたっては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法を用いる。エッチングガスとしては、ＢＣｌ_３＋Ｃｌ_２を用いることができる。メタルマスクの開口寸法は、幅５μｍ、長さ１００μｍ、深さ２０μｍであり、幅方向に沿って、開口は３つ設けられている。このメタルマスクを用いて絶縁層内に形成されるトレンチ溝の深さは２０μｍである。凹部の形成された領域Ｒ１の外側に周辺領域３０が存在している。

（ドライフィルムレジスト貼付：図２（ａ−２）、（ｂ−２）参照）

凹部Ｄの開口端面上にドライフィルムレジストＤＦを貼り付け、若干の圧力をドライフィルムレジストＤＦにかける。使用するドライフィルムレジストＤＦは、旭化成エレクロニクス社製の「ＳＵＮＦＯＲＴ」（登録商標）を用いた。ドライフィルムレジストＤＦの膜厚は１０μｍである。このドライフィルムレジストＤＦを、（株）ＭＣＫ製の真空ラミネーターを用いて貼り付けた。基板加熱温度Ｔ１＝５０℃、ロール温度Ｔ２＝１０５℃、ロール圧力Ｐ１＝０．３ＭＰａ、ラミネート速度Ｖ＝２．０ｍ／ｍｉｎ、真空度＝５０Ｐａである。

長方形の凹部形成領域Ｒ１が現像時に残留するように、ドライフィルムレジストＤＦに露光を行った。露光装置としては、キャノン社製の「ＰＬＡ」（登録商標）を用い、露光量は１００ｍＪ／ｃｍ^２とし、現像にはスプレー現像（スプレー圧力：０．２５Ｐａ）を用い、現像液は１％−無水炭酸水素ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）水溶液（３０℃）、現像時間は３０秒とした。得られた被覆レジストパターンの寸法は４５μｍ×１２０μｍであるが、これよりも多少小さなパターンとすることもできる。

工程（２）

次に、基板１のドライフィルムレジストＤＦ及び材料３上に液状レジストからなるレジストＰＲを塗布する（図２（ａ−３）、（ｂ−３）参照）。液状レジストは、信越化学工業（株）製のＳＩＰＲ−９６００シリーズ（レジストパターン底部に括れが入るもの）であり、膜厚は５μｍである。液状レジストの塗布後、１００℃×６０秒のプリベークを行った。なお、ドライフィルムレジストＤＦを貼り付けずに液状レジストを塗布してプリベークを行ったところ、その後のプロセスが困難なほどに、トレンチ部分でレジストが発泡した。

工程（３）

次に、液状レジストを固化したレジストＰＲをパターニングしてマスクを形成する（図２（ａ−４）、（ｂ−４）参照）。

液状レジストの露光に用いた露光装置は、ニコン（株）製のＮＳＲ−ｉ１２ＴＦＨ（波長λ＝３６５ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．３、部分コヒーレント比σ＝０．３）を用いた。露光量は５００ｍＪ／ｃｍ^２、ポストイクスポージャベークは１１０℃で３６０秒である。露光後の現像には、２．３８％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロキシド）水溶液を用いた。６０秒の現像を５回実行した。これにより、１０×１００μｍの開口を有するレジストパターンが形成される。このようにレジストＰＲのパターンが形成された。なお、この開口の凹部形成領域Ｒ１からの距離は１００μｍである。

工程（４）

工程（３）の後、レジストＰＲからなるマスクの開口内に金属材料Ｅを形成する（図３（ａ−５）、（ｂ−５）参照）。金属材料Ｅの形成方法には種々の方法が考えられるが、ここでは、スパッタ法を用いる。スパッタ法のターゲット材料はＡｕであり、膜厚は０．５μｍである。金属材料Ｅをスパッタ法にて基板全面に堆積すると、開口内にも金属材料Ｅが堆積される。なお、金属材料Ｅの堆積には蒸着法を用いてもよい。

工程（５）

次に、レジストＰＲからなるマスク及びドライフィルムレジストＤＦを除去する（図３（ａ−６）、（ｂ−６）参照）。このマスク及びドライフィルムレジストＤＦを有機溶剤で溶解することにより、マスク及びドライフィルムレジストＤＦを除去し、凹部形成領域Ｒ１の周囲の開口内のみに金属材料Ｅを残留させることができる（リフトオフ）。有機溶剤としてはＮ−メチル−２ピロリドン（イソプロピルアルコール）などを用い、基板を揺動させながら溶剤中に浸す。凹部形成領域Ｒ１から開口内に位置していた金属材料Ｅ（２ｅ_１，２ｅ_２）までの距離は、それぞれ１００μｍであり、金属材料Ｅ（２ｅ_１，２ｅ_２）の厚みは０．５μｍである。

なお、上記工程において液状レジストを用いずにパターニングを行ったところ、ドライフィルムレジストＤＦの表面をＡｕが全て覆い、リフトオフができなかった。

以上のようにして、凹部Ｄ内からの気泡がレジスト内に入ることなく、トレンチ型コンデンサ中間体が製造された。すなわち、この段階のトレンチ型コンデンサ中間体は、凹パターンを有しており、その凹部形状は維持されている。

工程（６）

この中間体からトレンチ型コンデンサを製造するには、一方の電極パッドに電気的に接続される下部電極を凹部内にパターニングし、下部電極上に誘電体層を形成し、誘電体層上に他方の電極パッドに電気的に接続される上部電極をパターニングすればよい。

また、図１の構造のトレンチ型コンデンサを製造する場合には、工程（１）において凹部を形成した後、図１に示した各層を順次スパッタ法にて形成してパターニングし、上部電極２ｄに接触する開口を左端に形成した後、工程（２）以降の方法を実行すれば、最後の工程において、凹部Ｄ内に形成される導体（上部電極、下部電極）とパターニングされた金属材料Ｅとを電気的に接続することができ、電極パッド２ｅ_１，２ｅ_２を備えたトレンチ型コンデンサ（電子素子）を製造することができる。本例の電極パッドの形成方法は、スパッタ法であるが、これはフレームめっき法などにより形成することで、トレンチ型コンデンサを製造することも可能である。

図４及び図５は、フレームめっき法を用いたトレンチ型コンデンサの製造方法を説明するための図である。左列の（ａ−１）〜（ａ−８）は断面図を示し、右列の（ｂ−１）〜（ｂ−８）は平面図を示している。この製造方法は、上述のようにウェハを用意した後、以下の工程（１）、（Ａ）、（２）〜（６）を順次実行する。なお、以下の工程（５）は、工程（５−１）、工程（Ｂ）及び工程（５−２）からなる。

工程（１）

まず、基板１に形成された凹部Ｄの周辺領域が露出するように、ドライフィルムレジストＤＦで凹部Ｄに蓋をする。

（凹部形成：図４（ａ−１）、（ｂ−１）参照）

この凹部Ｄの形成にあたっては、基板１上に絶縁層としての材料３を堆積し、続いて、この絶縁層上にＮｉからなるメタルマスクを形成し、メタルマスクの開口内の絶縁層表面をエッチングする。このエッチングにあたっては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法を用いる。エッチングガスとしては、ＢＣｌ_３＋Ｃｌ_２を用いることができる。メタルマスクの開口寸法は、幅５μｍ、長さ１００μｍ、深さ２０μｍであり、幅方向に沿って、開口は３つ設けられている。このメタルマスクを用いて絶縁層内に形成されるトレンチ溝の深さは２０μｍである。凹部の形成された領域Ｒ１の外側に周辺領域３０が存在している。

（ドライフィルムレジスト貼付：図４（ａ−２）、（ｂ−２）参照）

凹部Ｄの開口端面上にドライフィルムレジストＤＦを貼り付け、若干の圧力をドライフィルムレジストＤＦにかける。使用するドライフィルムレジストＤＦは、旭化成エレクロニクス社製の「ＳＵＮＦＯＲＴ」（登録商標）を用いた。ドライフィルムレジストＤＦの膜厚は１０μｍである。このドライフィルムレジストＤＦを、（株）ＭＣＫ製の真空ラミネーターを用いて貼り付けた。基板加熱温度Ｔ１＝５０℃、ロール温度Ｔ２＝１０５℃、ロール圧力Ｐ１＝０．３ＭＰａ、ラミネート速度Ｖ＝２．０ｍ／ｍｉｎ、真空度＝５０Ｐａである。

長方形の凹部形成領域Ｒ１が現像時に残留するように、ドライフィルムレジストＤＦに露光を行った。露光装置としては、キャノン社製の「ＰＬＡ」（登録商標）を用い、露光量は１００ｍＪ／ｃｍ^２とし、現像にはスプレー現像（スプレー圧力：０．２５Ｐａ）を用い、現像液は１％−無水炭酸水素ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）水溶液（３０℃）、現像時間は３０ｓｅｃとした。得られた被覆レジストパターンの寸法は４５μｍ×１２０μｍであるが、これよりも多少小さなパターンとすることもできる。

工程（Ａ）

次に、露出した基板表面に金属層ＭＦを堆積する（図４（ａ−２）、（ｂ−２）参照）。この堆積にはスパッタ法を用いるが、蒸着法などを用いることも可能である。金属層ＭＦの厚みは５０ｎｍである。すなわち、このパターン形成方法では、工程（１）と工程（２）の間に、ドライフィルムレジストＤＦ上及び基板の一部に金属層ＭＦを形成している。この場合、工程（４）において、マスクの開口内に金属層が位置することとなるため、この金属層ＭＦをシード層とすれば、この上にめっき層を形成することができる。また、この金属層ＭＦ自体を電極などに用いることも可能である。この方法では、レジスト中に凹部Ｄからの気泡が入らないため、金属層ＭＦのパターン精度が優れることになる。

工程（２）

次に、基板上に液状レジストからなるレジストＰＲを塗布する（図４（ａ−３）、（ｂ−３）参照）。液状レジストは、信越化学工業（株）製のＳＩＰＲ−９２００シリーズ（厚膜高解像度レジスト）であり、膜厚は５μｍである。液状レジストの塗布後、１００℃×６０秒のプリベークを行った。なお、ドライフィルムレジストＤＦを貼り付けずに液状レジストを塗布してプリベークを行ったところ、その後のプロセスが困難なほどに、トレンチ部分でレジストが発泡した。

工程（３）

次に、液状レジストが固化してなるレジストＰＲをパターニングしてマスクを形成する（図４（ａ−４）、（ｂ−４）参照）。

液状レジストの露光には、ニコン（株）製の露光装置（ＮＳＲ−ｉ１２ＴＦＨ（波長λ＝３６５ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．３、部分コヒーレント比σ＝０．３））を用いた。露光量は３５００ｍＪ／ｃｍ^２、ポストイクスポージャベークは１１０℃で６０秒である。露光後の現像には、２．３８％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロキシド）水溶液を用いた。６０秒の現像を５回実行した。これにより、１×１００μｍの開口を有するレジストパターンが形成される。なお、この開口の凹部形成領域Ｒ１からの距離は１００μｍである。

工程（４）

工程（３）の後、レジストＰＲからなるマスクの開口内に金属材料ＭＦ２を形成する（図４（ａ−５）、（ｂ−５）参照）。金属材料ＭＦ２の形成方法には種々の方法が考えられるが、ここでは、めっき法を用いる。亜硫酸金溶液中でめっきを行い、シード層としての金属層ＭＦ上に、膜厚３μｍのＡｕめっきからなる金属層ＭＦ２を成長させた。

工程（５−１）

次に、レジストＰＲからなるマスクを除去する（図５（ａ−６）、（ｂ−６）参照）。このマスクを有機溶剤で溶解することにより、マスクを除去し、凹部形成領域Ｒ１の周囲の開口内のみに金属材料ＭＦ１，ＭＦ２を残留させる（リフトオフ）。有機溶剤としてはＮ−メチル−２ピロリドン（イソプロピルアルコール）などを用い、基板を揺動させながら溶剤中に浸す。凹部形成領域Ｒ１から開口内に位置していた金属材料ＭＦ１，ＭＦ２（２ｅ_１，２ｅ_２）までの距離は、それぞれ１００μｍであり、金属材料ＭＦ１，ＭＦ２（２ｅ_１，２ｅ_２）の厚みは３μｍである。

工程（Ｂ）

次に、ミリングにより、金属層ＭＦ１を、金属層ＭＦ２をマスクとしてエッチングする（図５（ａ−７）、（ｂ−７）参照）。

工程（５−１）

次に、ドライフィルムレジストＤＦを除去する（図５（ａ−８）、（ｂ−８）参照）。このドライフィルムレジストＤＦを有機溶剤で溶解することにより、ドライフィルムレジストＤＦを除去し、凹部形成領域Ｒ１の周囲の開口内のみに金属材料ＭＦ１，ＭＦ２を残留させることができる（リフトオフ）。有機溶剤としては、上記と同じものを用い、基板を揺動させながら溶剤中に浸す。凹部形成領域Ｒ１から開口内に位置していた金属材料ＭＦ１，ＭＦ２（２ｅ_１，２ｅ_２）までの距離は、それぞれ１００μｍであり、金属材料ＭＦ１，ＭＦ２（２ｅ_１，２ｅ_２）の厚みは３μｍである。

なお、ドライフィルムレジストＤＦで凹部Ｄに蓋をする前に、金属層ＭＦを堆積すると、金属層ＭＦが凹部Ｄ内から除去できなくなる。また、ドライフィルムレジストＤＦの解像度は液状レジストよりも低いため、ドライフィルムレジストＤＦで（ａ−４）と同じ精度のパターンを形成することはできなかった。

以上のようにして、凹部Ｄ内からの気泡がレジスト内に入ることなく、トレンチ型コンデンサ中間体が製造された。すなわち、この段階のトレンチ型コンデンサ中間体は、凹パターンを有しており、その凹部形状は維持されている。

工程（６）

この中間体からトレンチ型コンデンサを製造するには、一方の電極パッドに電気的に接続される下部電極を凹部内にパターニングし、下部電極上に誘電体層を形成し、誘電体層上に他方の電極パッドに電気的に接続される上部電極をパターニングすればよい。

また、図１の構造のトレンチ型コンデンサを製造する場合には、工程（１）において凹部を形成した後、図１に示した各層を順次スパッタ法にて形成してパターニングし、上部電極２ｄに接触する開口を左端に形成した後、図３の工程（２）以降の方法を実行すれば、最後の工程において、凹部Ｄ内に形成される導体（上部電極、下部電極）とパターニングされた金属材料ＭＦ，ＭＦ２とを電気的に接続することができ、電極パッド２ｅ_１，２ｅ_２を備えたトレンチ型コンデンサ（電子素子）を製造することができる。本例の電極パッドの形成方法は、フレームめっき法であるが、これはスパッタ法とミリングなどにより形成することで、トレンチ型コンデンサを製造することも可能である。

次に、スパッタ法とミリングを用いたトレンチ型コンデンサの製造方法について説明する。

図６は、トレンチ型コンデンサの製造方法を説明するための図である。左列の（ａ−１）〜（ａ−５）は断面図を示し、右列の（ｂ−１）〜（ｂ−５）は平面図を示している。この製造方法は、上述のようにウェハを用意した後、以下の工程（１）、（Ａ）、（２）〜（６）を順次実行する。

工程（１）

まず、基板１に形成された凹部Ｄの周辺領域３０が露出するように、ドライフィルムレジストＤＦで凹部Ｄに蓋をする。

（凹部形成：図６（ａ−１）、（ｂ−１）参照）

この凹部Ｄの形成にあたっては、基板１上に絶縁層としての材料３を堆積し、続いて、この絶縁層上にＮｉからなるメタルマスクを形成し、メタルマスクの開口内の絶縁層表面をエッチングする。このエッチングにあたっては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法を用いる。エッチングガスとしては、ＢＣｌ_３＋Ｃｌ_２を用いることができる。メタルマスクの開口寸法は、幅５μｍ、長さ１００μｍ、深さ２０μｍであり、幅方向に沿って、開口は３つ設けられている。このメタルマスクを用いて絶縁層内に形成されるトレンチ溝の深さは２０μｍである。凹部の形成された領域Ｒ１の外側に周辺領域３０が存在している。

（ドライフィルムレジスト貼付：図６（ａ−２）、（ｂ−２）参照）

凹部Ｄの開口端面上にドライフィルムレジストＤＦを貼り付け、若干の圧力をドライフィルムレジストＤＦにかける。使用するドライフィルムレジストＤＦは、旭化成エレクロニクス社製の「ＳＵＮＦＯＲＴ」（登録商標）を用いた。ドライフィルムレジストＤＦの膜厚は１０μｍである。このドライフィルムレジストＤＦを、（株）ＭＣＫ製の真空ラミネーターを用いて貼り付けた。基板加熱温度Ｔ１＝５０℃、ロール温度Ｔ２＝１０５℃、ロール圧力Ｐ１＝０．３ＭＰａ、ラミネート速度Ｖ＝２．０ｍ／ｍｉｎ、真空度＝５０Ｐａである。

長方形の凹部形成領域Ｒ１が現像時に残留するように、ドライフィルムレジストＤＦに露光を行った。露光装置としては、キャノン社製の「ＰＬＡ」（登録商標）を用い、露光量は１００ｍＪ／ｃｍ^２とし、現像にはスプレー現像（スプレー圧力：０．２５Ｐａ）を用い、現像液は１％−無水炭酸水素ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）水溶液（３０℃）、現像時間は３０ｓｅｃとした。得られた被覆レジストパターンの寸法は４５μｍ×１２０μｍであるが、これよりも多少小さなパターンとすることもできる。

工程（Ａ）

次に、露出した基板表面に金属層ＭＦを堆積する（図６（ａ−２）、（ｂ−２）参照）。この堆積にはスパッタ法を用いるが、蒸着法などを用いることも可能である。金属層ＭＦの厚みは０．５μｍである。すなわち、このパターン形成方法は、工程（１）と工程（２）の間に、ドライフィルムレジストＤＦ上に金属層ＭＦを形成している。この場合、工程（４）において、電極としての金属層ＭＦが残ることとなる。レジスト中に凹部Ｄからの気泡が入らないため、金属層ＭＦのパターン精度は優れることになる。

工程（２）

次に、基板上に液状レジストを塗布する（図６（ａ−３）、（ｂ−３）参照）。液状レジストは、信越化学工業（株）製のＳＩＰＲ−９６００シリーズ（レジストパターン底部に括れが入るもの）であり、膜厚は５μｍである。液状レジストの塗布後、１００℃×６０秒のプリベークを行った。なお、ドライフィルムレジストＤＦを貼り付けずに液状レジストを塗布してプリベークを行ったところ、その後のプロセスが困難なほどに、トレンチ部分でレジストが発泡した。

工程（３）

次に、液状レジストをパターニングしてマスクを形成する（図６（ａ−３）、（ｂ−３）参照）。液状レジストの露光に用いた露光装置は、ニコン（株）製のＮＳＲ−ｉ１２ＴＦＨ（波長λ＝３６５ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．３、部分コヒーレント比σ＝０．３）を用いた。露光量は５００ｍＪ／ｃｍ^２、ポストイクスポージャベークは１１０℃で３６０秒である。露光後の現像には、２．３８％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロキシド）水溶液を用いた。６０秒の現像を５回実行した。これにより、１０×１００μｍの開口を有するフォトレジストパターンが形成される。このようにフォトレジストＰＲのパターンが形成された。なお、この開口の凹部形成領域Ｒ１からの距離は１００μｍである。

工程（４）

工程（３）の後、レジストＰＲからなるマスクの開口（ドライフィルムレジストＤＦ上の領域を含む）内の金属層ＭＦをミリングにより除去する。すなわち、このミリングによって、マスクによって遮蔽されている金属層ＭＦのみが基板上に残留する（図６（ａ−４）、（ｂ−４）参照）。

工程（５）

次に、レジストＰＲからなるマスク及びドライフィルムレジストＤＦを除去する（図６（ａ−６）、（ｂ−６）参照）。このマスク及びドライフィルムレジストＤＦを有機溶剤で溶解することにより、マスク及びドライフィルムレジストＤＦを除去し、凹部形成領域Ｒ１の周囲の開口内の金属層ＭＦを露出させる。有機溶剤としてはＮ−メチル−２ピロリドン、イソプロピルアルコール、アセトンなどを用い、基板を揺動させながら溶剤中に浸す。凹部形成領域Ｒ１から開口内に位置していた金属層ＭＦ（２ｅ_１，２ｅ_２）までの距離は、それぞれ１００μｍであり、金属層ＭＦ（２ｅ_１，２ｅ_２）からなるＡｕパターンの厚みは０．５μｍである。

なお、上記工程において液状レジストを用いずにパターニングを行ったところ、ドライフィルムレジストＤＦの表面をＡｕが全て覆い、Ａｕの除去が困難となった。また、上述の方法において、液状レジストを用いることなく、ドライフィルムレジストＤＦを液状レジストと同様にパターニングし、この上に金属層ＭＦを堆積した場合には、ミリング後に、ドライフィルムレジストＤＦの側壁にＡｕが再付着し、有機溶剤によるドライフィルムレジストＤＦの溶解時にドライフィルムレジストＤＦの周囲にバリが発生し、Ａｕの良好なパターニングができなかった。

以上のようにして、凹部Ｄ内からの気泡がレジスト内に入ることなく、トレンチ型コンデンサ中間体が製造された。すなわち、この段階のトレンチ型コンデンサ中間体は、凹パターンを有しており、その凹部形状は維持されている。

工程（６）

この中間体からトレンチ型コンデンサを製造するには、一方の電極パッドに電気的に接続される下部電極を凹部内にパターニングし、下部電極上に誘電体層を形成し、誘電体層上に他方の電極パッドに電気的に接続される上部電極をパターニングすればよい。

また、図１の構造のトレンチ型コンデンサを製造する場合には、工程（１）において凹部を形成した後、図１に示した各層を順次スパッタ法にて形成してパターニングし、上部電極２ｄに接触する開口を左端に形成した後、工程（２）以降の方法を実行すれば、最後の工程において、凹部Ｄ内に形成される導体（上部電極、下部電極）とパターニングされた金属材料（金属層ＭＦ（２ｅ_１，２ｅ_２））とを電気的に接続することができ、電極パッド２ｅ_１，２ｅ_２を備えたトレンチ型コンデンサ（電子素子）を製造することができる。

また、図７は幾つかの補足説明を行うための図であり、左列の（ａ）、（ｂ）は中間体の断面図、右列の（ｃ）は、これらの中間体の平面図を示している。

上記では、ドライフィルムレジストＤＦは凹部Ｄの表面に載っているのみであったが、これは図２（ａ−２）、図４（ａ−２）図６（ａ−２）に対応する工程において、図７（ａ）に示すように、ドライフィルムレジストＤＦが凹部Ｄ内の表層部分に埋め込まれることとしてもよく、また、図７（ｂ）に示すように、ドライフィルムレジストＤＦが凹部Ｄ内の深部、或いは底面にまで到達するように埋め込まれることとしてもよい。なお、図７（ａ）、（ｂ）は、金属層ＭＦをドライフィルムレジストＤＦ上に形成した状態を示しているが、ドライフィルムレジストＤＦの埋まり方の変形例としては、図２（ａ−２）に示すように、金属層が形成されていない状態にも適用できる。

以上、説明したように、上述の実施形態の方法によれば、ドライフィルムレジストＤＦで凹部Ｄに蓋をした後に、液状レジストのパターニングを行うので、凹部Ｄ内に液状レジストＰＲが入り込まず、且つ、液状レジストを用いるため、この液状レジストから作ったマスクを用いて、微細なパターン（電極Ｅ，金属層ＭＦ）を形成することができる。

また、工程（１）は、ドライフィルムレジストＤＦを減圧環境下で凹部Ｄに貼り付けている。この場合、凹部Ｄ内に気体が入りにくい状態で、ドライフィルムレジストＤＦが貼り付けられるので、その後の工程で気体が膨張してもドライフィルムレジストＤＦ及び上部のマスクが平坦に保持される傾向になる。減圧環境とは、１気圧未満の気圧環境のことであり、好ましくは真空である。

また、上述の製造方法において、最後にドライフィルムレジストＤＦを除去すると、マスクの除去によって凹部内が外部に開放したトレンチ構造が形成される。したがって、この凹部Ｄ内に誘電体層及び金属層を形成すれば、トレンチ型コンデンサとなり、凹部Ｄがコンタクトホール用に形成されているものであれば、凹部Ｄ内に金属材料を埋め込むことで下地に接触するコンタクトを形成することができる。

また、上述のトレンチ型コンデンサの製造方法は、金属材料（電極Ｅ，ＭＦ，ＭＦ２）に電気的に接続される電極（２ｂ、２ｄ）によって挟まれる誘電体層２ｃを、凹部Ｄ内に形成してなるトレンチ型コンデンサの製造方法であって、上述の工程（１）、工程（２）、工程（３）、工程（４）、工程（５）及び工程（６）を少なくとも備えている。この製造方法によれば、パターニング精度が高い金属材料Ｅ，ＭＦにコンデンサの電極２ｂ、２ｄを接続するので、優れた性能のトレンチ型コンデンサを製造することが可能となる。

また、上述のコンデンサやコンタクトホールなどの電子素子の製造方法は、上述の工程（１）、工程（２）、工程（３）、工程（４）、工程（５）、工程（６）及び凹部Ｄ内に形成される導体（電極２ｂ、２ｄ）とパターニングされた金属材料Ｅ，ＭＦとを電気的に接続する工程（７）とを備えている。この製造方法によれば、パターニング精度が高い金属材料（配線や電極など）に、電子素子の導体（コンデンサの場合は電極、コンタクトホールの場合には貫通電極）を接続するので、優れた性能の電子素子を製造することが可能となる。

トレンチ型コンデンサの平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 スパッタ法を用いた製造方法を説明するための図である。 スパッタ法を用いた製造方法を説明するための図である。 フレームめっき法を用いたトレンチ型コンデンサの製造方法を説明するための図である。 フレームめっき法を用いたトレンチ型コンデンサの製造方法を説明するための図である。 トレンチ型コンデンサの製造方法を説明するための図である。 補足説明を行うための図である。

符号の説明

１・・・基板、２・・・コンデンサ、２ｂ・・・下部電極、２ｄ・・・上部電極、２ｅ_１，２ｅ_２・・・電極パッド、２Ａ・・・凸部、２ｃ・・・誘電体層、３・・・周辺領域構成材料、３０・・・周辺領域、Ｄ・・・凹部、ＤＦ・・・ドライフィルムレジスト、Ｅ・・・金属材料、ＩＷ・・・側壁、Ｐ・・・開口、ＰＲ・・・レジスト、Ｒ１・・・凹部形成領域。

Claims (6)

1. 基板に形成された凹部に前記基板の一部が露出するようにドライフィルムレジストで蓋をする第１工程と、
   前記基板上に液状レジストを塗布する第２工程と、
   前記液状レジストをパターニングしてマスクを形成する第３工程と、
   を備えることを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記第１工程と前記第２工程の間に、前記ドライフィルムレジスト上及び前記基板の一部に金属層を形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記第１工程は、前記ドライフィルムレジストを減圧環境下で前記凹部に貼り付けることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成方法。
4. 前記第３工程の後、前記マスクの開口内に金属材料を形成する第４工程と、
   前記マスク及びドライフィルムレジストを除去する第５工程と、
   を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
5. 端子電極に電気的に接続される上部電極及び下部電極によって挟まれる絶縁層を凹部内に形成してなるトレンチ型コンデンサの製造方法であって、
   基板に形成された凹部に前記基板の一部が露出するようにドライフィルムレジストで蓋をする第１工程と、
   前記基板上に液状レジストを塗布する第２工程と、
   前記液状レジストをパターニングしてマスクを形成する第３工程と、
   前記第３工程の後、前記マスクの開口内に前記端子電極を形成する第４工程と、
   前記マスク及びドライフィルムレジストを除去する第５工程と、
   を備えるトレンチ型コンデンサの製造方法。
6. 電子素子の製造方法であって、
   基板に形成された凹部に前記基板の一部が露出するようにドライフィルムレジストで蓋をする第１工程と、
   前記基板上に液状レジストを塗布する第２工程と、
   前記液状レジストをパターニングしてマスクを形成する第３工程と、
   前記第３工程の後、前記マスクの開口内に端子電極を形成する第４工程と、
   前記マスク及びドライフィルムレジストを除去する第５工程と、
   前記凹部内に形成される導体と前記端子電極とを電気的に接続する第６工程と、
   を備えることを特徴とする電子素子の製造方法。
   

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