JP2010021478A

JP2010021478A - 薄膜積層体の加工方法

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Publication number: JP2010021478A
Application number: JP2008182783A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Nomura; 雅信野村; Yutaka Takeshima; 裕竹島
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-07-14
Also published as: JP5163330B2

Abstract

【課題】アライメントマークの近傍領域の剥離を防ぐことができる薄膜積層体の加工方法を提供する。
【解決手段】（ａ）薄膜積層体の少なくとも最上層の薄膜６ｄに複数のアライメントマーク２２ａ〜２２ｈを形成した後、（ｂ）保護マスクを設けた状態で薄膜を加工する薄膜加工工程を複数回行う。薄膜加工工程では、毎回異なる少なくとも１つのアライメントマークを選択して位置決めに用い、選択されずに残っているアライメントマークに保護マスクを設けて薄膜を加工する。２回目以降の前記薄膜加工工程において選択されずに残っているアライメントマーク２２ｃ〜２２ｈに設ける保護マスク３２ｃ〜３２ｈは、１回目の薄膜加工工程においてそのアライメントマーク２２ｃ〜２２ｈに保護マスクを設けた第１回マスク領域と、その外周縁に接して全周に渡って取り囲む外周領域とに形成する。
【選択図】図６

Description

本発明は薄膜積層体の加工方法に関し、詳しくは、複数の薄膜が積層された薄膜積層体の薄膜を加工する薄膜積層体の加工方法に関する。

薄膜の多層構造の製造方法としては、大別すると、成膜と加工をしながら各層を形成していく積み上げ方式と、積層膜を全面に形成した後にフォトリソグラフィ等により積層膜を加工していく下方進行方式とがある。

例えば、積み上げ方式で多層構造素子を形成する場合、図１１の要部平面図に示すように、一番始めの下地層上に複数のアライメントマークを形成し、後の層の形成工程では、前記のアライメントマークのどれかを使用することが提案されている。このような方法によれば、積層の際の位置合わせ（アライメント）が容易にかつ正確にできる（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２０２４２５号公報

製造する多層構造素子が、下層になるほど面積が広い構造であるときは、下方進行方式が製造上有利である。

下方進行方式で多層構造素子を製造する場合、最上層に複数のアライメントマークを形成し、後の下層の形成工程で、前記アライメントマークのどれかを使用することが考えられる。この場合、下層加工時にアライメントマークが十分に識別できるように、アライメントマークはマスクで保護して加工することが考えられる。

しかし、下方進行方式で多層膜を加工する際、アライメントマークに同じ大きさの保護マスクを同じ場所に設けて加工を進めると、例えば図１０の断面図に示したように、各層８ａ，６ｂ，８ｂ，６ｃ，８ｃの加工端部９が露出し、最上層の薄膜６ｄで形成したアライメントマークの近傍領域が剥離することがある。

本発明は、かかる実情に鑑み、アライメントマークの近傍領域の剥離を防ぐことができる薄膜積層体の加工方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した薄膜積層体の加工方法を提供する。

薄膜積層体の加工方法は、（ａ）複数層の薄膜が形成された薄膜積層体の少なくとも最上層の前記薄膜に複数のアライメントマークを形成する、アライメントマーク形成工程と、（ｂ）前記アライメントマーク形成工程の後に複数回行う、保護マスクを設けた状態で前記薄膜を加工する薄膜加工工程とを備える。前記薄膜加工工程において、毎回異なる少なくとも１つの前記アライメントマークを選択して位置決めに用い、選択されずに残っている前記アライメントマークに前記保護マスクを設けて前記薄膜を加工する。２回目以降の前記薄膜加工工程において選択されずに残っている前記アライメントマークに設ける前記保護マスクは、いずれも、少なくとも１回目の前記薄膜加工工程において当該アライメントマークに前記保護マスクを設けた第１回マスク領域と、該第１回マスク領域の外周縁に接しかつ該第１回マスク領域を全周に渡って取り囲む外周領域とに形成する。

上記方法によれば、２回目以降の薄膜加工工程においてアライメントマークに設ける保護マスクは、少なくとも１回目の薄膜加工工程において保護マスクを設けた第１回マスク領域と、その外周領域とを覆う。そのため、少なくとも１回目の薄膜加工工程により加工された、アライメントマークに隣接する薄膜の外周端部は、２回目以降の薄膜加工工程において、そのアライメントマークが選択されるまで、保護マスクで覆われ、プロセスダメージがなくなり、プロセスダメージに伴う外周端部からの膜剥がれを防止できる。これにより、アライメントマークの近傍領域が後工程でも残るようにして、後工程においても確実にかつ高精度に位置合わせをすることが可能になる。

好ましくは、３回目以降の前記薄膜加工工程において選択されずに残っている前記アライメントマークに設ける前記保護マスクは、いずれも、その１回前の前記薄膜加工工程において当該アライメントマークに前記保護マスクを設けたマスク領域と、該マスク領域の外周縁に接しかつ該マスク領域を全周に渡って取り囲む外周領域とに形成する。

上記方法によれば、薄膜加工工程においてアライメントマークの保護マスクに沿って形成される薄膜の外周端部は、次の薄膜加工工程において、そのアライメントマークが選択されなければ、保護マスクによって覆われる。そのため、アライメントマークが選択されるまで、そのアライメントマークの近傍領域のいずれの層の薄膜の外周端部にもプロセスダメージがない状態になり、アライメントマークの近傍領域が後工程でも確実に残るため、後工程においても確実にかつ高精度に位置合わせをすることが可能になる。

好ましくは、前記薄膜は、交互に積層された誘電体の薄膜と導体の薄膜とを含む。

誘電体層と導体層が交互に積層されていると膜剥がれが起こりやすいため、特に本発明は好適である。

好ましくは、前記薄膜加工工程においてドライエッチングにより前記薄膜を加工する。

ドライエッチングで加工するとプロセスダメージに伴う外周端部からの膜剥がれが起こりやすいため、特に本発明は好適である。

本発明によれば、アライメントマークの近傍領域の剥離を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を参照しながら説明する。

＜実施例＞実施例の薄膜積層体の加工方法について、図１〜図９を参照しながら説明する。実施例の薄膜積層体の加工方法は、例えば薄膜積層キャパシタの薄膜積層体を加工する際に適用される。

（１）図１の平面図と図２の断面図に模式的に示すように、基板２上に、スパッタ法又はＭＯＤ（Metal-organic decomposition）法などにより、複数の薄膜（ＳｉＯ_２膜４、導体のＰｔ膜６ａ〜６ｄ、誘電体（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３のＢＳＴ膜８ａ〜８ｃ）を積層し、薄膜積層体１０を形成する。薄膜積層体１０は、上から順に、Ｐｔ膜６ｄ、ＢＳＴ膜８ｃ、Ｐｔ膜６ｃ、ＢＳＴ膜８ｂ、Ｐｔ膜６ｂ、ＢＳＴ膜８ａ、Ｐｔ膜６ａ、ＳｉＯ_２膜４、Ｓｉ基板２が配置されている。

（２）次に、薄膜積層体１０の上面１０ａ、すなわち最上層のＰｔ膜６ｄ上に、ポジ型感光性レジストを塗布・ベーク・露光・現像し、図３の平面図に示すように、製品用のレジストマスク２０と、アライメントマーク用のレジストマスク２１とを形成する。アライメントマーク用のレジストマスク２１は、ウェハー（薄膜積層体１０）の横方向の両側のアライメントマーク部に、それぞれ、図４の要部拡大平面図に示すように、後工程での位置合わせ用の８個のレジストパターン２１ａ〜２１ｈを形成する。各レジストパターン２１ａ〜２１ｈは、隙間を設けて配置された２×２個のレジスト要素２１ｘからなる。

（３）次に、レジストマスク２０，２１を介して、イオンミリングにより、上から１層目のＰｔ膜６ｄを加工した後、レジストマスク２０，２１をＯ_２プラズマアッシングで除去する。これによって、ウェハー（薄膜積層体１０）の横方向の両側のアライメントマーク部に、１層目のＰｔ膜６ｄによって、後述するアライメントマーク２２ａ〜２２ｈが形成される。

（４）次に、ウェハー（薄膜積層体１０）の上面にポジ型感光性レジストを塗布・ベーク・露光・現像する。露光時には、図５に示すアライメントマーク２２ａ〜２２ｈのうち、１つのアライメントマーク２２ａのみ選択して、露光を実施する。具体的には、ウェハー上のアライメントマーク２２ａの２×２個の要素２２ｘの間に、フォトマスク側の十字状のパターンを位置合わせし、露光する。尚、アライメントマーク２２ｂ〜２２ｈの位置のフォトマスク側に相当する部分には、アライメントマーク２２ｂ〜２２ｈより大きい面積の四角状のパターンが形成されている。

上記作業によって、形成されたウェハー上のレジストパターン（要部拡大平面図）を図５に示す。図５に示すように、アライメントマーク２２ａ〜２２ｈのうち、アライメントマーク２２ａの位置には、十字状のレジストパターン３０ａが形成される。一方、アライメントマーク２２ｂ〜２２ｈの位置には、アライメントマーク２２ｂ〜２２ｈより大きい四角状の保護レジストマスク３０ｂ〜３０ｈが形成される。この７個のアライメントマーク２２ｂ〜２２ｈは、後工程のアライメントに使用する。

（５）次に、レジストマスクを介して、反応性イオンエッチングにより上から２層目のＢＳＴ膜８ｃを加工し後、レジストマスクをＯ_２プラズマアッシングで除去する。

（６）次に、ポジ型感光性レジストを塗布・ベーク・露光・現像し、レジストマスクを形成する。製品用のレジストマスクとともに、アライメントマーク部に、図６の要部拡大平面図に示すレジストマスク３２ｂ〜３２ｈを形成する。

今回の露光では、アライメントマーク２２ｂを選択して、今回の露光で位置合わせをするために用い、アライメントマーク２２ｂの２×２個の要素２２ｘの間に十字状のマスクパターン３２ｂを形成する。一方、アライメントマーク２２ｂ以外のまだ選択されていない残り６個のアライメントマーク２２ｃ〜２２ｈについては、保護マスクとしてアライメントマーク２２ｃ〜２２ｈより大きい面積のレジストマスク３２ｃ〜３２ｈを形成して覆う。レジストマスク３２ｃ〜３２ｈで覆う６個のアライメントマーク２２ｃ〜２２ｈは、後工程のアライメントに使用する。

レジストマスク３２ｃ〜３２ｈは、１回前のレジストマスク３０ｃ〜３０ｈのマスク面積よりも大きい面積で、１回前のレジストマスク３０ｃ〜３０ｈでマスクした部分全体を覆うように形成する。

（７）次に、レジストマスクを介して、イオンミリングにより上から３層目のＰｔ膜８ｂを加工した後、レジストマスクをＯ_２プラズマアッシングで除去する。

（８）次に、ポジ型感光性レジストを塗布・ベーク・露光・現像し、レジストマスクを形成する。製品用のレジストマスクに加え、アライメントマーク部に、図７の要部拡大平面図に示すレジストマスク３４ｃ〜３４ｈを形成する。

すなわち、今回の露光では、アライメントマーク２２ｃを選択して、今回の露光で位置合わせをするために用い、アライメントマーク２２ｃの２×２個の要素２２ｘの間に十字状のマスクパターン３４ｃを形成する。一方、アライメントマーク２２ｃ以外のまだ選択されていない残り５個のアライメントマーク２２ｄ〜２２ｈについては、保護マスクとしてアライメントマーク２２ｄ〜２２ｈより大きい面積のレジストマスク３４ｄ〜３４ｈを形成して覆う。マスクをした５個のアライメントマーク２２ｄ〜２２ｈは、後工程のアライメントに使用する。

レジストマスク３４ｄ〜３４ｈは、１回前のレジストマスク３２ｄ〜３２ｈのマスク面積よりも大きい面積で、かつ、１回前のレジストマスク３２ｄ〜３２ｈでマスクした部分全体を覆うように形成する。

（９）次に、レジストマスクを介して、反応性イオンエッチングにより上から４層目のＢＳＴ膜を加工した後、レジストマスクをＯ_２プラズマアッシングで除去する。

（１０）以下、同様の工程を繰り返し、積層された薄膜を上から順に加工する。

図８の要部拡大平面図に、７回目のレジストマスク加工時のアライメントマーク部のレジストパターンを示す。後工程で使用する残り２個のアライメントマーク２２ｇ，２２ｈは、その１回前のレジストマスクのマスク面積よりも大きい面積のレジストマスク３６ｇ，３６ｇで覆われている。

図９は、図８の線Ａ−Ｂに沿って切断した断面図である。図９に示すように、アライメントマーク２２ｇの近傍領域の各積層膜は段差構造となっている。これは、アライメントマークを覆うレジストマスクを、毎回、その１回前のレジストマスクよりも面積を大きくし、その１回前のレジストマスクでマスクした部分を完全に覆い、全周を取り囲むように形成しているからである。

選択されていないアライメントマークについては、そのアライメントマークの近傍領域においてレジストパターンに沿って形成された薄膜の外周端部を、次の加工時にはそれよりも大きいレジストマスクで覆うため、外周端部に加わるプロセスダメージがなくなり、プロセスダメージに伴う外周端部からの膜剥がれを防止できる。これにより、初回に設けたアライメントマークが後工程でも確実に残るため、後工程においても確実にかつ高精度に位置合わせをすることが可能になる。

＜比較例＞比較例として、選択されていないアライメントマークに設けるレジストマスクの面積を同一に、かつ同じ位置に設けた場合のアライメントマークの近傍領域の断面構造を、図１０の断面図に示す。比較例の方法では、加工端部９にプロセスダメージが加わり、プロセス中にアライメントマークの近傍領域が剥離することがあった。

＜まとめ＞以上のように、選択されずに残っているアライメントマークに設けるレジストマスクの大きさを、毎回、その１回前のレジストマスクよりも面積を大きく、かつ、その１回前のレジストマスクが設けられた部分とその外周領域とに形成することで、選択される前のアライメントマークの近傍領域の薄膜の加工端部が保護マスクで覆われるための、アライメントマークの近傍領域の剥離を防ぐことができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

例えば、２回目以降のアライメントマークを覆うレジストパターンについて、少なくとも１回目のアライメントマークを覆うレジストパターンが形成された部分とその外周部分を覆うようにすれば、アライメントマークの近傍領域の剥離を防ぐことが可能となる。

薄膜積層体の加工方法を示す平面図である。（実施例）薄膜積層体の加工方法を示す断面図である。（実施例）薄膜積層体の加工方法を示す要部拡大平面図である。（実施例）薄膜積層体の加工方法を示す要部拡大平面図である。（実施例）薄膜積層体の加工方法を示す要部拡大平面図である。（実施例）薄膜積層体の加工方法を示す要部拡大平面図である。（実施例）薄膜積層体の加工方法を示す要部拡大平面図である。（実施例）薄膜積層体の加工方法を示す要部拡大平面図である。（実施例）薄膜積層体の加工方法を示す要部拡大断面図である。（実施例）薄膜積層体の加工方法を示す要部拡大断面図である。（比較例）薄膜積層体の加工方法を示す要部拡大平面図である。（従来例）

符号の説明

２基板
３Ｔｉ膜（薄膜）
４ＳｉＯ_２膜（薄膜）
６ａ〜６ｄＰｔ膜（薄膜）
８ａ〜８ｃＢＳＴ膜（薄膜）
１０薄膜積層体
２１ａ〜２１ｈレジストパターン
２２ａ〜２２ｈアライメントマーク
３０ａ〜３０ｈレジストパターン（保護マスク）
３２ｂ〜３２ｈレジストパターン（保護マスク）
３４ｃ〜３４ｈレジストパターン（保護マスク）
３６ｇ，３６ｈレジストパターン（保護マスク）

Claims

複数層の薄膜が形成された薄膜積層体の少なくとも最上層の前記薄膜に複数のアライメントマークを形成する、アライメントマーク形成工程と、
前記アライメントマーク形成工程の後に複数回行う、保護マスクを設けた状態で前記薄膜を加工する薄膜加工工程と、
を備え、
前記薄膜加工工程において、毎回異なる少なくとも１つの前記アライメントマークを選択して位置決めに用い、選択されずに残っている前記アライメントマークに前記保護マスクを設けて前記薄膜を加工し、
２回目以降の前記薄膜加工工程において選択されずに残っている前記アライメントマークに設ける前記保護マスクは、いずれも、少なくとも１回目の前記薄膜加工工程において当該アライメントマークに前記保護マスクを設けた第１回マスク領域と、該第１回マスク領域の外周縁に接しかつ該第１回マスク領域を全周に渡って取り囲む外周領域とに形成することを特徴とする、薄膜積層体の加工方法。
３回目以降の前記薄膜加工工程において選択されずに残っている前記アライメントマークに設ける前記保護マスクは、いずれも、その１回前の前記薄膜加工工程において当該アライメントマークに前記保護マスクを設けたマスク領域と、該マスク領域の外周縁に接しかつ該マスク領域を全周に渡って取り囲む外周領域とに形成することを特徴とする、請求項１に記載の薄膜積層体の加工方法。
前記薄膜は、交互に積層された誘電体の薄膜と導体の薄膜とを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の薄膜積層体の加工方法。
前記薄膜加工工程において、ドライエッチングにより前記薄膜を加工することを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の薄膜積層体の加工方法。