JP2642418B2 - 電子素子の製造方法 - Google Patents
電子素子の製造方法Info
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- JP2642418B2 JP2642418B2 JP63159735A JP15973588A JP2642418B2 JP 2642418 B2 JP2642418 B2 JP 2642418B2 JP 63159735 A JP63159735 A JP 63159735A JP 15973588 A JP15973588 A JP 15973588A JP 2642418 B2 JP2642418 B2 JP 2642418B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hard carbon
- film
- carbon film
- manufacturing
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は炭素原子および水素原子を主な組織形成元素
とし、非晶質あるいは微結晶質の少なくとも一方を含む
硬質炭素膜を用いた電子素子の製造方法に関する。
とし、非晶質あるいは微結晶質の少なくとも一方を含む
硬質炭素膜を用いた電子素子の製造方法に関する。
本発明者らは上記のような硬質炭素膜（通常、ｉ−Ｃ
膜、ダイヤモンド状炭素膜、並びにダイヤモンド薄膜を
含む）はプラズマCVD法、イオンビーム法、気相成膜法
にて特定の製膜条件下で得られることを既に確認してい
る。特に、プラズマCVD法においては製膜条件と膜特性
との関係が明確になり、膜質を自由にコントロールでき
るまでに至った。
膜、ダイヤモンド状炭素膜、並びにダイヤモンド薄膜を
含む）はプラズマCVD法、イオンビーム法、気相成膜法
にて特定の製膜条件下で得られることを既に確認してい
る。特に、プラズマCVD法においては製膜条件と膜特性
との関係が明確になり、膜質を自由にコントロールでき
るまでに至った。
このような硬質炭素膜は化学的に非常に安定で通常の
酸、アルカリ、有機溶剤に侵されず耐食性に優れ、かつ
ダイヤモンド並の硬度を有している。さらに、絶縁性、
膜表面の平坦性、均一性に優れ、また適切な範囲のドー
ピングにより比抵抗率の制御も可能である。
酸、アルカリ、有機溶剤に侵されず耐食性に優れ、かつ
ダイヤモンド並の硬度を有している。さらに、絶縁性、
膜表面の平坦性、均一性に優れ、また適切な範囲のドー
ピングにより比抵抗率の制御も可能である。
このように、硬質炭素膜は他に比類のない優れた特性
を有しており、各種電子デバイスの絶縁膜、保護膜ある
いは機能性膜に応用が期待されている。
を有しており、各種電子デバイスの絶縁膜、保護膜ある
いは機能性膜に応用が期待されている。
しかし硬質炭素膜はその化学的安定性のため、ウェッ
トエッチ等従来のSiプロセス技術が使えず、デバイス化
を阻害する一要因となっていた。
トエッチ等従来のSiプロセス技術が使えず、デバイス化
を阻害する一要因となっていた。
本発明は上記したように極めて優れた特性を有する硬
質炭素膜の微細加工方法を提供し、もって硬質炭素膜を
用いた電子素子を製造する方法を提供することを目的と
するものである。
質炭素膜の微細加工方法を提供し、もって硬質炭素膜を
用いた電子素子を製造する方法を提供することを目的と
するものである。
本発明は炭素原子および水素原子を主な組織形成元素
とし、非晶質あるいは微結晶質の少なくとも一方を含む
硬質炭素膜を使用した電子素子のパターニングに際し、
気相反応を利用したドライエッチ法により硬質炭素膜を
エッチング除去することを特徴とするものである。
とし、非晶質あるいは微結晶質の少なくとも一方を含む
硬質炭素膜を使用した電子素子のパターニングに際し、
気相反応を利用したドライエッチ法により硬質炭素膜を
エッチング除去することを特徴とするものである。
このような気相反応を利用したドライエッチ法は使用
するエッチャント（エッチングガス）の種類が多く、ま
たその他のプラズマ条件（圧力、RFパワー、温度、ガス
流量）を適切に設定することで、エッチングの選択性、
異方性エッチ等も比較的容易に実現できるものである。
本発明者らはエッチャントについていえば、CO2またはC
OとAr,N2,Kr,He等の不活性ガスとの混合ガスにて精度よ
くエッチングできることを知見した。そして、典型的な
エッチング条件は第１表に示すことができる。
するエッチャント（エッチングガス）の種類が多く、ま
たその他のプラズマ条件（圧力、RFパワー、温度、ガス
流量）を適切に設定することで、エッチングの選択性、
異方性エッチ等も比較的容易に実現できるものである。
本発明者らはエッチャントについていえば、CO2またはC
OとAr,N2,Kr,He等の不活性ガスとの混合ガスにて精度よ
くエッチングできることを知見した。そして、典型的な
エッチング条件は第１表に示すことができる。
第１表 ガス組成:CO2（またはCO2）/Ar等 不活性ガス＝2/1〜7/1 圧力 :0.01〜1.0Torr RFパワー:20〜150W トータルガス量:30〜200SCCM また、CO2,COガス等分解エネルギーの低いガスではよ
り低パワーでエッチングされ、高パワーほど硬質炭素膜
のエッチレイトは大きくなる傾向にある。ただし、高パ
ワーではレジストも若干エッチングされるので注意を要
する。
り低パワーでエッチングされ、高パワーほど硬質炭素膜
のエッチレイトは大きくなる傾向にある。ただし、高パ
ワーではレジストも若干エッチングされるので注意を要
する。
ここで、本発明に使用される硬質炭素膜の合成（形
成）方法の一例をプラズマCVD法により説明する。
成）方法の一例をプラズマCVD法により説明する。
この例では、平行平板型プラズマCVD装置が使用され
ている。膜を形成させる基板は、セルフバイアスのため
正イオンの衝撃が促進されるRF給電側に取り付けられて
いる。例えば、CH4,C2H6,C3H8,またはC4H10等の炭化水
素と水素とを混合した原料ガスを装置に導入し、平行平
板の電極間に約13.56MH2の高周波電界を印加するとグロ
ー放電が発生し、原料ガスはラジカルとイオンとに分解
され反応することによって、基板の上に炭素原子とから
なるアモルファスあるいは微結晶質を一部含む硬質炭素
膜が堆積する。この硬質炭素膜はダイヤモンド状炭素
膜、ｉ−Ｃ膜、アモルファスダイヤモンド薄膜と一般的
に云われている。上記の反応に必要な条件は、第２表に
示されている。
ている。膜を形成させる基板は、セルフバイアスのため
正イオンの衝撃が促進されるRF給電側に取り付けられて
いる。例えば、CH4,C2H6,C3H8,またはC4H10等の炭化水
素と水素とを混合した原料ガスを装置に導入し、平行平
板の電極間に約13.56MH2の高周波電界を印加するとグロ
ー放電が発生し、原料ガスはラジカルとイオンとに分解
され反応することによって、基板の上に炭素原子とから
なるアモルファスあるいは微結晶質を一部含む硬質炭素
膜が堆積する。この硬質炭素膜はダイヤモンド状炭素
膜、ｉ−Ｃ膜、アモルファスダイヤモンド薄膜と一般的
に云われている。上記の反応に必要な条件は、第２表に
示されている。
第２表 RF出力 0.1〜5.0W/cm2 圧力 1013〜10Torr 原料ガス 炭化水素/(炭化水素＋水素)＝100〜0.5Vol％ 堆積温度 室温〜950℃ 以上の製膜方法により製膜された硬質炭素膜は、添付
された第３表に示されているような物性を有しており、
Ｘ線および電子回折分析によればアモルファス状態（ａ
−C:H）、または約50オングストローム〜100オングスト
ローム程度の微結晶粒を含むアモルファス状態である。
IR吸収法およびラマン分光法による分析の結果、第３図
および第４図に示されているように炭素原子がSP3の混
成軌道とSP2の混成軌道とを形成した原子間結合が混在
していることが明らかになっている。なお、以上の硬質
炭素膜は、SP3を主体としてSP2を含むものと、SP2を主
体としてSP3を含むものとがある。
された第３表に示されているような物性を有しており、
Ｘ線および電子回折分析によればアモルファス状態（ａ
−C:H）、または約50オングストローム〜100オングスト
ローム程度の微結晶粒を含むアモルファス状態である。
IR吸収法およびラマン分光法による分析の結果、第３図
および第４図に示されているように炭素原子がSP3の混
成軌道とSP2の混成軌道とを形成した原子間結合が混在
していることが明らかになっている。なお、以上の硬質
炭素膜は、SP3を主体としてSP2を含むものと、SP2を主
体としてSP3を含むものとがある。
また製膜においては、RF出力が小さく圧力が低いほど
膜の比抵抗値および硬度が増加し、水素混合比が大きい
ほど屈折率が増加して欠陥密度が減少する、つまり良質
な膜を得ることができる。
膜の比抵抗値および硬度が増加し、水素混合比が大きい
ほど屈折率が増加して欠陥密度が減少する、つまり良質
な膜を得ることができる。
さらに、硬質炭素膜は、常温から約150℃というよう
に比較的低い温度において製造した場合でもあまり膜質
が劣化しない特徴を有しているため、素子製造プロセス
の低温化には最適であり、使用する基板材料の選択自由
度が広がる。
に比較的低い温度において製造した場合でもあまり膜質
が劣化しない特徴を有しているため、素子製造プロセス
の低温化には最適であり、使用する基板材料の選択自由
度が広がる。
なお、この例では製膜にプラズマCVD法を使用した
が、この例で使用した原料ガスによるイオンビーム法に
よってもあるいは熱フィラメント法によってもほぼ同質
な膜を製作することができる。
が、この例で使用した原料ガスによるイオンビーム法に
よってもあるいは熱フィラメント法によってもほぼ同質
な膜を製作することができる。
第３表 比抵抗（ρ） 106〜1013Ωcm ビッカース硬度（Ｈ） 〜9500kg・mm-2 屈折率（ｎ） 1.9〜2.4 欠陥密度 ６×1017〜1019cm-3 注）測定法； 比抵抗（ρ）：コンプレナー型セルによるＩ−Ｖ特性よ り． ビッカース硬度（Ｈ）：マイクロビッカース計 屈折率（ｎ）：エリプソメータ 欠陥密度:ESR さらに、第３表より容易に推察できるように、硬質炭
素膜の物性（特性）は非常に広範囲に変えられることが
わかる。
素膜の物性（特性）は非常に広範囲に変えられることが
わかる。
このような硬質炭素膜は下記の実施例以外にも多用な
応用があり（例えばパッシベーション膜、EL素子絶縁
層、発光層、半導体素子の層間絶縁、サーマルヘッドの
発熱層、その他電子デバイス全般）、それら全てに本発
明は適用可能である。
応用があり（例えばパッシベーション膜、EL素子絶縁
層、発光層、半導体素子の層間絶縁、サーマルヘッドの
発熱層、その他電子デバイス全般）、それら全てに本発
明は適用可能である。
次に実施例を示す。
実施例１ 本実施例は本発明により液晶駆動用MIM素子（ないし
はMSI素子）を製造した例を示す。
はMSI素子）を製造した例を示す。
第１図はその全工程のうち、ドライエッチ法を使用し
た部分を示す。この第１図において、基板１上にはパタ
ーン化された下部電極２が形成されている。この上から
硬質炭素膜３をプラズマCVD法、イオンビーム法あるい
は熱フィラメント法等で全面に製膜する。硬質炭素膜３
の膜厚は数百〜数千Å（通常は250〜3000Å）である。
次に、硬質炭素膜３の必要な部分にレジストパターン４
を形成する。レジスト材料としてはポジ型（例えば、東
京応化OMR800、TSMR8800、シュプレ1400等）、ネガ型
（例えば、東京応化OFR80等）どちらでもよく、膜厚は3
000Å〜５μｍ（望ましくは0.5〜２μｍ）とした。これ
を第１表に示した条件にそってプラズマエッチング装置
でドライエッチングを行なった。エッチングレイトは条
件によっても異なるが、CO2/Ar＝4/1、圧力0.05Torr、R
Fパワー100W、トータルガス流量50SCCMで約150Å/minで
あった。次いで、レジストパターン４を除去し、硬質炭
素膜３上に上部電極パターン５を形成することにより、
MIM（MSI）素子が完成する。
た部分を示す。この第１図において、基板１上にはパタ
ーン化された下部電極２が形成されている。この上から
硬質炭素膜３をプラズマCVD法、イオンビーム法あるい
は熱フィラメント法等で全面に製膜する。硬質炭素膜３
の膜厚は数百〜数千Å（通常は250〜3000Å）である。
次に、硬質炭素膜３の必要な部分にレジストパターン４
を形成する。レジスト材料としてはポジ型（例えば、東
京応化OMR800、TSMR8800、シュプレ1400等）、ネガ型
（例えば、東京応化OFR80等）どちらでもよく、膜厚は3
000Å〜５μｍ（望ましくは0.5〜２μｍ）とした。これ
を第１表に示した条件にそってプラズマエッチング装置
でドライエッチングを行なった。エッチングレイトは条
件によっても異なるが、CO2/Ar＝4/1、圧力0.05Torr、R
Fパワー100W、トータルガス流量50SCCMで約150Å/minで
あった。次いで、レジストパターン４を除去し、硬質炭
素膜３上に上部電極パターン５を形成することにより、
MIM（MSI）素子が完成する。
実施例２ 本実施例は本発明により薄膜トランジスタ（TFT）を
製造した例を示す。
製造した例を示す。
第２図において、基板１には半導体薄膜６、ソース電
極７およびドレイン電極８が形成されている。この上に
硬質炭素膜３を実施例１と同様に形成する。この硬質炭
素膜の膜厚は5000〜3000Åが適当であり、製膜温度は室
温〜150℃とした。次に、硬質炭素膜３の上にレジスタ
パターン４を形成し（レジスト材料および膜厚は実施例
１に準ずる）、前記第１表に示した条件にそってドライ
エッチを行った。その後、レジストパターン４を除去
し、その上にゲート電極９を形成することにより、TFT
が完成する。
極７およびドレイン電極８が形成されている。この上に
硬質炭素膜３を実施例１と同様に形成する。この硬質炭
素膜の膜厚は5000〜3000Åが適当であり、製膜温度は室
温〜150℃とした。次に、硬質炭素膜３の上にレジスタ
パターン４を形成し（レジスト材料および膜厚は実施例
１に準ずる）、前記第１表に示した条件にそってドライ
エッチを行った。その後、レジストパターン４を除去
し、その上にゲート電極９を形成することにより、TFT
が完成する。
本発明により、硬質炭素膜の微細加工が可能となり、
電子デバイスへの応用がはかられる。
電子デバイスへの応用がはかられる。
硬質炭素膜は、結晶ダイヤモンドに近い物性を有し、
電子デバイスとして応用した場合次の効果を生む。
電子デバイスとして応用した場合次の効果を生む。
化学的に安定で耐薬品性、耐環境性に強い素子がで きる。
高硬度であり、機械的損傷に強い素子ができる。
硬質炭素膜は低温で製膜でき、電極材料との界面が きれいで特性の向上がはかれる。
第１図は実施例１の製造工程を示し、（ａ）は（ｂ）の
Ｘにおける断面図であり、（ｂ）は上面図である。第２
図は実施例２の製造工程を示す。第３図、第４図は本発
明硬質炭素膜のIR吸収スペクトルおよびラマン分光の測
定図である。 １……基板、２……下部電極 ３……硬質炭素膜、４……レジストパターン ５……上部電極パターン、６……半導体薄膜 ７……ソース電極、８……ドレイン電極 ９……ゲート電極
Ｘにおける断面図であり、（ｂ）は上面図である。第２
図は実施例２の製造工程を示す。第３図、第４図は本発
明硬質炭素膜のIR吸収スペクトルおよびラマン分光の測
定図である。 １……基板、２……下部電極 ３……硬質炭素膜、４……レジストパターン ５……上部電極パターン、６……半導体薄膜 ７……ソース電極、８……ドレイン電極 ９……ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷 克彦 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭63−76438（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−105542（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−239931（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】炭素原子および水素原子を主な組織形成元
素とし、非晶質あるいは微結晶質の少なくとも一方を含
む硬質炭素膜を使用した電子素子のパターニングに際
し、CO2またはCOを用いる気相反応を利用したドライエ
ッチ法により硬質炭素膜をエッチング除去することを特
徴とする電子素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63159735A JP2642418B2 (ja) | 1988-03-03 | 1988-06-28 | 電子素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5067388 | 1988-03-03 | ||
| JP63-50673 | 1988-03-03 | ||
| JP63159735A JP2642418B2 (ja) | 1988-03-03 | 1988-06-28 | 電子素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0271518A JPH0271518A (ja) | 1990-03-12 |
| JP2642418B2 true JP2642418B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=26391126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63159735A Expired - Lifetime JP2642418B2 (ja) | 1988-03-03 | 1988-06-28 | 電子素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2642418B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100188508B1 (ko) * | 1993-03-26 | 1999-06-01 | 세끼사와 다까시 | 비정질탄소막을 사용하는 패턴형성방법과 에칭방법 및 비정질탄소막 형성방법 |
| US6007732A (en) * | 1993-03-26 | 1999-12-28 | Fujitsu Limited | Reduction of reflection by amorphous carbon |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6376438A (ja) * | 1986-09-19 | 1988-04-06 | Hitachi Ltd | パタ−ン形成方法 |
| JPH01105542A (ja) * | 1987-10-19 | 1989-04-24 | Hitachi Ltd | パターン形成方法 |
-
1988
- 1988-06-28 JP JP63159735A patent/JP2642418B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0271518A (ja) | 1990-03-12 |
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