JP2009016582A

JP2009016582A - パターン形成方法

Info

Publication number: JP2009016582A
Application number: JP2007176828A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takehara; 啓竹原
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】本発明の課題は、膜応力の発生により、リフトオフ層としてのレジスト層が下地絶縁膜から剥離し、その露呈部分に不要な金属膜が付着してもショート不良になることを防止できるパターン形成方法を提供する。
【解決手段】本発明のパターン形成方法は、ソース電極２０上にＰＳＧからなる下地絶縁膜２３を形成し、その上に、金属膜パターン（ＴｉＮｉＡｇ）と異なるエッチング選択比を有する金属としてのＡｌからなる第２の金属層１０２を形成し、その上にリフトオフ層となるレジスト層２４を形成し、レジスト層２４に所定パターンの開口２４ａを形成し、これをマスクとして、第２の金属層１０２および下地絶縁膜２３を順次、ウェットエッチングして開口１０２ａおよび開口２３ａを形成し、その上から金属膜２５を被着後、レジスト層を溶解させ、その上の不要な金属膜を除去した後、第２の金属層１０２をエッチング除去する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板上にリフトオフ法により所定の金属膜パターンを形成するパターン形成方法に関する。

半導体装置の製造工程などで微細な金属膜パターンを形成する方法としてリフトオフ法が用いられる。

リフトオフ法は、基板上に形成された所定の開口パターンを有するリフトオフ層の上から金属膜を被着した後、リフトオフ層を除去することで同時にリフトオフ層上の不要な金属膜を除去し、リフトオフ層で覆われていない部分の金属膜を残すパターン形成方法であり、金属膜をエッチングしないためエッチングが困難な金属のパターニングに適した方法である。

従来の金属膜パターンの形成方法の一例として、半導体装置の電極部の形成方法を図５〜図７に示す。図５〜図７は各製造工程完了毎のデバイスの側断面図である。

先ず、図５（ａ）に示すように、Ａｌからなるソース電極２０上にＳｉＮからなる下層の下地絶縁膜２１をプラズマＣＶＤ法により形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、その上にレジスト層２２を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法によりレジスト層２２に所定パターンの開口２２ａを設けて、これをエッチングマスクとしてプラズマエッチング法により下層の下地絶縁膜２１に開口２１ａを形成する。

次に、図５（ｄ）に示すように、レジスト層を除去した後、下層の下地絶縁膜２１上に、ＰＳＧからなる上層の下地絶縁膜２３を常圧ＣＶＤ法により形成する。

次に、図６（ｅ）に示すように、その上にレジスト層２４を形成する。

次に、図６（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィ法によりレジスト層２４に所定パターンの開口２４ａを形成する。

次に、図６（ｇ）に示すように、これをエッチングマスクとして、上層の下地絶縁膜２３をバッファード弗酸でウェットエッチングして開口２３ａを形成する。

ここで、上層の下地絶縁膜２３の開口２３ａは、アンダーカットによりレジスト層２４の開口２４ａより大きく形成される。

次に、図７（ｈ）に示すように、レジスト層２４を残したまま、その上からＴｉＮｉＡｇからなる金属膜２５をスパッタ法または蒸着法により被着する。

最後に、図７（ｉ）に示すように、有機溶剤によりレジスト層を溶解除去し、同時にその上の金属膜を除去する。

これにより、ソース電極２０上に所定パターンの金属膜２５を形成することができる。（例えば、特許文献１参照）。
特許第３５１２０７８号

しかしながら、上記の従来のパターン形成方法では、レジスト層２４の上にＴｉＮｉＡｇからなる金属膜２５を被着させる際に、レジスト層２４および金属膜２５に膜応力（引張応力あるいは圧縮応力）が発生する。

この膜応力は、主としてレジスト層２４と金属膜２５との熱膨張係数の差に基づく膨張／収縮により生じ、膜形成温度が高いほど大きくなる。

そして、この膜応力が大きいと、図８に示すように、レジスト層２４とその下の下地絶縁膜２３との間で剥離が生じ、その剥離が進行して部分的に下地絶縁膜２３が露呈し、その露呈部分に不要な金属膜２５ａが付着し、周辺の配線（図示せず）などとショートする虞があった。

本発明の課題は、膜応力の発生により、リフトオフ層としてのレジスト層が下地絶縁膜から剥離し、その露呈部分に不要な金属膜が付着してもショート不良になることを防止できるパターン形成方法を提供することである。

本発明のパターン形成方法は、
基板上にリフトオフ法を用いて第１の金属膜パターンを形成するパターン形成方法であって、
基板上に形成された第１の絶縁膜上に、犠牲膜となる、第１の金属膜パターンと異なるエッチング選択比を有する第２の金属層、または第１の絶縁膜と異なるエッチング選択比を有する第２の絶縁層を形成する工程と、
その上に、リフトオフ層となる所定の第１の開口を有するレジスト層を形成する工程と、
レジスト層をマスクとしてエッチングにより、第２の金属層または第２の絶縁層に第２の開口を形成する工程と、
第２の金属層または第２の絶縁層をマスクとしてエッチングにより、第１の絶縁膜に第３の開口を形成する工程と、
基板上に第１の金属膜を形成する工程と、
レジスト層を溶解除去する工程と、
第２の金属層または第２の絶縁層をエッチング除去する工程とを含むパターン形成方法である。

本発明のパターン形成方法によると、膜応力の発生により、リフトオフ層としてのレジスト層が下地絶縁膜から剥離し、その露呈部分に不要な金属膜が付着してもショート不良になることを防止できる。

本発明は、膜応力の発生により、リフトオフ層としてのレジスト層が下地絶縁膜から剥離し、その露呈部分に不要な金属膜が付着してもショート不良になることを防止するという目的を、基板上に形成された第１の絶縁膜上に、犠牲膜となる、第１の金属膜パターンと異なるエッチング選択比を有する第２の金属層、または第１の絶縁膜と異なるエッチング選択比を有する第２の絶縁層を形成する工程と、その上に、リフトオフ層となる所定の第１の開口を有するレジスト層を形成する工程と、レジスト層をマスクとしてエッチングにより、第２の金属層または第２の絶縁層に第２の開口を形成する工程と、第２の金属層または第２の絶縁層をマスクとしてエッチングにより、第１の絶縁膜に第３の開口を形成する工程と、基板上に第１の金属膜を形成する工程と、レジスト層を溶解除去する工程と、第２の金属層または第２の絶縁層をエッチング除去する工程とを含むことで実現した。

本発明の金属膜パターンの形成方法の一例として、半導体装置の電極部の形成方法を図１〜図３に示す。図１〜図３は各製造工程完了毎のデバイスの側断面図である。

先ず、図１（ａ）に示すように、Ａｌからなるソース電極２０上に下層の第１の絶縁膜としてのＳｉＮからなる下地絶縁膜２１をプラズマＣＶＤ法により形成する。

次に、図１（ｂ）に示すように、その上にレジスト層２２を形成する。

次に、図１（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法によりレジスト層２２に所定パターンの開口２２ａを設けて、これをエッチングマスクとしてプラズマエッチング法により下地絶縁膜２１に開口２１ａを形成する。

次に、図１（ｄ）に示すように、レジスト層を除去した後、下地絶縁膜２１上に、上層の第１の絶縁膜としてのＰＳＧからなる下地絶縁膜２３を常圧ＣＶＤ法により形成する。

次に、図２（ｅ）に示すように、その上に、これから形成しようとするＴｉＮｉＡｇからなる金属膜パターンと異なるエッチング選択比を有するＡｌからなる第２の金属層１０２を形成し、さらにその上に、リフトオフ層となるレジスト層２４を形成する。

次に、図２（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィ法によりレジスト層２４に所定パターンの開口２４ａを形成する。

次に、図２（ｇ）に示すように、これをエッチングマスクとして、Ａｌからなる第２の金属層１０２を燐酸または燐酸酢酸硝酸混合液でウェットエッチングして、開口１０２ａを形成する。

引き続き、ＰＳＧからなる下地絶縁膜２３をバッファード弗酸でウェットエッチングして、開口２３ａを形成する。

ここで、第２の金属層１０２の開口１０２ａは、アンダーカットによりレジスト層２４の開口２４ａより大きく形成され、下地絶縁膜２３の開口２３ａは、アンダーカットにより第２の金属層１０２の開口１０２ａより大きく形成される。

尚、開口１０２ａ，２３ａの形成は等方性を有するエッチング方法であればウェットエッチングに限らずドライエッチングであってもよい。

次に、図３（ｈ）に示すように、レジスト層２４を残したまま、その上からＴｉＮｉＡｇからなる金属膜２５をスパッタ法または蒸着法により被着する。

その後、図３（ｉ）に示すように、有機溶剤によりレジスト層を溶解させ、その上の金属膜を除去する。

最後に、図３（ｊ）に示すように、Ａｌからなる第２の金属層１０２を燐酸でエッチング除去し、これにより、ソース電極２０上に所定パターンの金属膜２５を形成することができる。

燐酸は、ＴｉＮｉＡｇからなる金属膜２５に比べ、Ａｌからなる第２の金属層１０２に対して高いエッチング選択性を有するため、金属膜２５をエッチング除去しない。

このようにすると、図４（ａ）に示すように、レジスト層２４の上に金属膜２５を被着させる際に、膜応力により、レジスト層２４が剥離して、部分的に下地絶縁膜２３が露呈し、その露呈部分に不要な金属膜２５ａが付着しても、図４（ｂ）に示すように、第２の金属層がエッチング除去される際に同時に不要な金属膜も除去され好適である。

尚、上記では、ＴｉＮｉＡｇからなる金属膜２５の例で説明したが、特にこれに限るものではない。

また、上記では、Ａｌからなる第２の金属層１０２の例で説明したが、金属層に限るわけではなく絶縁層であってもよく、第１の絶縁膜としての下地絶縁膜がＳｉＯ_２からなる場合、これと異なるエッチング選択比を有する絶縁層としてＳｉＮからなる第２の絶縁層を形成してもよい。

その場合、第２の絶縁層（ＳｉＮ）を除去するエッチング液は、ＳｉＮに対して高いエッチング選択性を有するホット燐酸を使用する。

このように、金属膜パターンと異なるエッチング選択比を有する第２の金属層、または下地絶縁膜と異なるエッチング選択比を有する第２の絶縁層を適宜選択し、金属膜パターンや下地絶縁膜に比べ、高いエッチング選択性を有するエッチング液を用いるようにする。

また、上記では、２段階に分けて、先ず、レジスト層２４を溶解除去した後、第２の金属層１０２をエッチング除去することで説明したが、第２の金属層１０２をエッチングするエッチング液の回り込みが良好な場合であれば、レジスト層２４の溶解除去を施さずに、最初から第２の金属層１０２をエッチング除去することで同時に、その上のレジスト層２４および金属膜２５を除去するようにしてもよい。

本発明は、膜応力の発生により、リフトオフ層としてのレジスト層が下地絶縁膜から剥離し、その露呈部分に不要な金属膜が付着してもショート不良になることを防止できるパターン形成方法に適用できる。

本発明のパターン形成方法の一例を説明する各製造工程完了毎のデバイスの側断面図本発明のパターン形成方法の一例を説明する各製造工程完了毎のデバイスの側断面図本発明のパターン形成方法の一例を説明する各製造工程完了毎のデバイスの側断面図本発明のパターン形成方法の効果の説明図従来のパターン形成方法の一例を説明する各製造工程完了毎のデバイスの側断面図従来のパターン形成方法の一例を説明する各製造工程完了毎のデバイスの側断面図従来のパターン形成方法の一例を説明する各製造工程完了毎のデバイスの側断面図従来のパターン形成方法の課題の説明図

符号の説明

２０ソース電極
２１下層の下地絶縁膜
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，１０２ａ開口
２２，２４レジスト層
２３上層の下地絶縁膜
２５金属膜
２５ａ露呈部分に付着した不要な金属膜
１０２第２の金属層

Claims

基板上にリフトオフ法を用いて第１の金属膜パターンを形成するパターン形成方法であって、
基板上に形成された第１の絶縁膜上に、犠牲膜となる、前記第１の金属膜パターンと異なるエッチング選択比を有する第２の金属層、または前記第１の絶縁膜と異なるエッチング選択比を有する第２の絶縁層を形成する工程と、
その上に、リフトオフ層となる所定の第１の開口を有するレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をマスクとしてエッチングにより、前記第２の金属層または前記第２の絶縁層に第２の開口を形成する工程と、
前記第２の金属層または第２の絶縁層をマスクとしてエッチングにより、前記第１の絶縁膜に第３の開口を形成する工程と、
前記基板上に前記第１の金属膜を形成する工程と、
前記レジスト層を溶解除去する工程と、
前記第２の金属層または第２の絶縁層をエッチング除去する工程とを含むパターン形成方法。
等方性エッチングを用いて、前記第２の開口は前記第１の開口よりも大きく形成し、前記第３の開口は前記第２の開口よりも大きく形成する請求項１に記載のパターン形成方法。
前記第２の金属層または前記第２の絶縁層をエッチング除去する工程では、前記第１の金属膜および前記第１の絶縁膜を除去しないエッチャントを用いる請求項１または２に記載のパターン形成方法。
前記第１の絶縁膜はＳｉＯ_２からなり、前記第１の金属膜はＴｉＮｉＡｇからなり、前記第２の金属層はＡｌからなる請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法。
前記第１の絶縁膜はＳｉＯ_２からなり、前記第１の金属膜はＴｉＮｉＡｇからなり、前記第２の絶縁層はＳｉＮからなる請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法。