JP4742503B2 - 成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、成膜方法に関するものである。

従来、所定パターンのＳｉＯ_２膜は、次のようにして形成している（例えば、特許文献１参照。）。
すなわち、まず、基材の表面を覆うようにＳｉＯ_２で構成される被膜を形成する。次いで、この皮膜上に、目的とするＳｉＯ_２膜の形状に対応した形状のレジスト層を形成する。次いで、レジスト層をマスクとして用いて、被膜の不要部分をエッチングにより除去する。最後に、レジスト層を、レジスト剥離液により剥離する。
ところが、レジスト層の形成は、例えば、基材上へのレジスト材料の供給、乾燥、ベーク処理、露光、現像、洗浄、乾燥等の多段階の工程を要する。
このような工程は、極めて煩雑であり、従来、所定パターンのＳｉＯ_２膜の形成には、時間と手間とを要している。

特開平１１−１７６７９９号公報（図６）

本発明の目的は、所定パターンのＳｉＯ_２膜を容易かつ安価に形成し得る成膜方法を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の成膜方法は、所定パターンのＳｉＯ_２膜を形成する成膜方法であって、
プラズマ重合により、主としてポリオルガノシロキサンで構成されるポリオルガノシロキサン膜を形成する第１の工程と、
前記ポリオルガノシロキサン膜の前記所定パターンに対応する領域に、紫外線照射およびプラズマ照射の少なくとも一方により第１のＳｉＯ_２化処理を施して、前記領域に存在するポリオルガノシロキサンをＳｉＯ_２に変化させる第２の工程と、
ＳｉＯ_２に変化した前記領域を、ｐＨ９以上のアルカリ溶液により除去する第３の工程と、
前記第３の工程において残存する前記ポリオルガノシロキサン膜に、第２のＳｉＯ_２化処理を施して、ポリオルガノシロキサンをＳｉＯ_２に変化させることにより、前記ＳｉＯ_２膜を得る第４の工程とを有することを特徴とする。
これにより、所定パターンのＳｉＯ_２膜を容易かつ安価に形成し得る。
また、プラズマ重合法によれば、均質かつ均一な膜厚のポリオルガノシロキサン膜を容易に形成することができる。
また、ポリオルガノシロキサンが有する有機基とＳｉとの結合をより確実に切断して、酸素原子を導入すること、すなわち、ＳｉＯ _２ 化をより確実に行うことができる。

本発明の成膜方法では、前記ポリオルガノシロキサンは、ジアルキルシリコーンを主成分とするものであることが好ましい。
これにより、ポリオルガノシロキサン膜をより容易かつ確実にＳｉＯ_２化させることができる。

以下、本発明の成膜方法、ＳｉＯ_２膜、電子部品および電子機器について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
以下では、本発明の電子部品を配線基板に適用した場合を代表に説明する。
図１は、配線基板の実施形態を示す縦断面図、図２および図３は、それぞれ、図１に示す配線基板の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１〜図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

図１に示す配線基板１は、基板２上に、第１の層間絶縁膜３と第１の配線層４と第２の層間絶縁膜（本発明のＳｉＯ_２膜）５と第２の配線層６とが、この順で積層されている。また、第２の層間絶縁膜５には、厚さ方向に貫通する接続孔（スルーホール）５０が形成され、この接続孔５０に設けられた接続部７を介して、第１の配線層４と第２の配線層６とが電気的に接続されている。

基板２は、例えば、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン、ゲルマニウム、ヒ素化ガリウム等の各種半導体材料、各種ガラス材料、各種樹脂材料等で構成されている。
第１の層間絶縁層３は、例えば、ＳｉＯ_２のような酸化物や、ＳｉＮ、ＴｉＮのような窒化物等の無機絶縁材料、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フェノール系樹脂等の有機絶縁材料で構成されている。
また、第１の配線層４、第２の配線層６および接続部７は、それぞれ、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌまたはこれらを含む合金等で構成されている。
このような配線基板１は、例えば、次のようにして製造することができる。

［１］ まず、図２（ａ）に示すように、基板２の上面に第１の層間絶縁層３を形成する。
第１の層間絶縁膜３は、例えば、例えば、熱酸化法、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等により形成することができる。
なお、基板２としてＳｉ基板を用い、第１の層間絶縁層３としてＳｉＯ_２層を形成する場合、この第１の層間絶縁層３の形成には、熱酸化法が好適に使用される。熱酸化法によれば、均質かつ均一な厚さのＳｉＯ_２層を容易に形成することができる。

［２］ 次に、図２（ｂ）に示すように、第１の層間絶縁層３上に、所定パターンの第１の配線層４を形成する。
第１の配線層４は、まず、第１の層間絶縁層３を覆うように金属膜を形成した後、この金属膜の不要部分を除去することにより形成することができる。
金属膜の形成には、例えば、前述したような乾式メッキ法、湿式メッキ法の他、金属箔の接合等を用いることができる。
また、金属膜の除去方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

［３］ 次に、第１の配線層４を覆い、かつ、接続孔５０を有する第２の層間絶縁層（所定パターンのＳｉＯ_２膜）５を形成する。この第２の層間絶縁層５の形成に、本発明の成膜方法が適用される。
［３−１］ まず、図２（ｃ）に示すように、第１の配線層４を覆うように、第１の層間絶縁層３上に、主としてポリオルガノシロキサンで構成されるポリオルガノシロキサン膜５１を形成する（第１の工程）。
このポリオルガノシロキサン膜５１を形成する方法としては、例えば、プラズマ重合法、蒸着法、シランカップリング剤による処理、ポリオルガノシロキサンを含有する液状材料による処理等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

これらの中でも、ポリオルガノシロキサン膜５１の形成方法としては、プラズマ重合法を用いるのが好適である。このプラズマ重合法は、第１の層間絶縁層３上に、第１の配線層４を覆うように、オルガノシロキサン（ポリオルガノシロキサンの前駆体）をガス状でキャリアガスとともに供給し、プラズマ重合によりポリオルガノシロキサン膜５１を形成する方法である。

プラズマ重合法によれば、均質かつ均一な膜厚のポリオルガノシロキサン膜５１を容易に形成することができる。
ポリオルガノシロキサンとしては、例えば、ジメチルシリコーン、ジエチルシリコーンのようなジアルキルシリコーン、シクロアルキルシリコーン等が挙げられ、これらの１種または２種以上を用いることができる。

これらの中でも、ポリオルガノシロキサンとしては、ジアルキルシリコーン（特に、ジメチルシリコーン）を主成分とするものが好適である。ジアルキルシリコーンを主成分とするポリオルガノシロキサン膜５１は、前述したプラズマ重合法による形成が容易である。また、ポリオルガノシロキサン膜５１をジアルキルシリコーンを主成分として構成することにより、次工程［３−２］および後工程［３−５］において、より容易かつ確実にＳｉＯ_２化させることができる。

なお、ジメチルシリコーンを主成分とするポリオルガノシロキサン膜５１を、プラズマ重合法を用いて形成する場合、その原料（前駆体）としては、例えば、メチルポリシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
キャリアガス（添加ガス）としては、例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素等が挙げられる。

また、プラズマ重合法によりポリオルガノシロキサン膜５１を形成する場合、その形成条件（成膜条件）は、例えば、次のようにすることができる。
高周波の出力は、１００〜１０００Ｗ程度であるのが好ましい。
成膜時のチャンバ内の圧力は、１×１０^−４〜１Ｔｏｒｒ程度であるのが好ましい。
原料ガス流量は、１〜１００ｓｃｃｍ程度であるのが好ましい。一方、キャリアガス流量は、１０〜５００ｓｃｃｍ程度であるのが好ましい。
処理時間は、１〜１０分程度であるのが好ましく、４〜７分程度であるのがより好ましい。
このような条件を適宜設定することにより、所望の平均厚さのポリオルガノシロキサン膜５１を形成することができる。

［３−２］ 次に、図２（ｄ）に示すように、得られたポリオルガノシロキサン膜５１の所定パターンの領域５１０（本実施形態では、接続孔５０（目的とするＳｉＯ_２膜のパターン）に対応する領域）に対して第１のＳｉＯ_２化処理を施す。これにより、前記領域５１０に存在するポリオルガノシロキサンをＳｉＯ_２に変化させる（第２の工程）。
この第１のＳｉＯ_２化処理としては、レジスト層を形成することなくポリオルガノシロキサン膜５１の所定パターンの領域５１０を選択的にＳｉＯ _２ 化し得る処理であればよく、例えば、紫外線照射、プラズマ照射、電子ビーム照射、加熱等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、第１のＳｉＯ_２化処理としては、紫外線照射およびプラズマ照射の少なくとも一方を用いるのが好ましい。かかる方法によれば、ポリオルガノシロキサンが有する有機基とＳｉとの結合をより確実に切断して、酸素原子を導入すること、すなわち、ＳｉＯ_２化をより確実に行うことができる。

Ａ：第１のＳｉＯ_２化処理として紫外線照射を用いる場合
紫外線の波長は、４００ｎｍ以下であればよく、特に限定されないが、１００〜３５０ｎｍ程度であるのが好ましい。
紫外線の強度は、１０００〜３０００ｍＪ／ｃｍ^２程度であるのが好ましく、１４００〜２６００ｍＪ／ｃｍ^２程度であるのがより好ましい。

なお、紫外線照射を行う雰囲気は、大気中または減圧状態のいずれであってもよいが、大気中とするのが好ましい。これにより、有機基とＳｉとが切断されるのとほぼ同時に、大気中に存在する酸素分子から酸素原子が効率よく導入されるため、ポリオルガノシロキサンをより迅速にＳｉＯ_２に変化させることができる。
また、紫外線の照射時間は、１〜１０分程度であるのが好ましく、３〜７分程度であるのがより好ましい。

Ｂ：第１のＳｉＯ_２化処理として酸素プラズマ照射を用いる場合
プラズマを発生させるガス種としては、例えば、酸素ガス、窒素ガス、不活性ガス（アルゴンガス、ヘリウムガス等）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
高周波の出力は、１００〜７００Ｗ程度であるのが好ましく、３００〜５００Ｗ程度であるのがより好ましい。
ガスの流量は、１０〜５００ｓｃｃｍ程度であるのが好ましく、１００〜３００ｓｃｃｍ程度であるのがより好ましい。

なお、プラズマ照射を行う雰囲気は、大気中または減圧状態のいずれであってもよいが、大気中とするのが好ましい。これにより、有機基とＳｉとが切断されるのとほぼ同時に、大気中に存在する酸素分子から酸素原子が効率よく導入されるため、ポリオルガノシロキサンをより迅速にＳｉＯ_２に変化させることができる。
特に、プラズマ照射には、プラズマを発生するガス種として、酸素ガスを含むガスを用いる酸素プラズマ照射を用いるのが好適である。酸素プラズマ照射によれば、酸素プラズマが有機基とＳｉとを切断するとともに、Ｓｉとの結合に利用されるため、ポリオルガノシロキサンをより確実にＳｉＯ_２に変化させることができる。

［３−３］ 次に、図３（ｅ）に示すように、ＳｉＯ_２に変化した前記所定の領域５１０を、アルカリ溶液により除去する（第３の工程）。
ポリオルガノシロキサンは、比較的高い耐アルカリ性を有する化合物であるが、ＳｉＯ_２は、ポリオルガノシロキサンよりアルカリに対して耐性が低い。このため、ポリオルガノシロキサン膜５１をアルカリ溶液で処理することにより、ＳｉＯ_２に変化した所定の領域５１０が選択的に除去され、次工程［３−５］で接続孔５０となる孔５００が形成される。

アルカリ溶液としては、ポリオルガノシロキサンをエッチング（除去）し難く、かつ、ＳｉＯ_２を効率よく除去可能なものであれば、特に限定されないが、例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨのようなアルカリ金属水酸化物の水溶液、Ｍｇ（ＯＨ）_２のようなアルカリ土類金属水酸化物の水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶液、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）等のアミド系有機溶媒等が挙げられ、これらを単独または混合して用いることができる。
これらの中でも、アルカリ溶液としては、特に、アルカリ金属水酸化物の水溶液が好適である。かかるアルカリ溶液を用いることにより、ポリオルガノシロキサン膜５１を実質的に除去することなく、ＳｉＯ_２を効率よく除去することができる。

アルカリ溶液のｐＨは、９以上であるのが好ましく、９．５〜１１．５程度であるのがより好ましい。アルカリ溶液のｐＨが低過ぎると、ＳｉＯ_２の効率のよい除去が困難となるおそれがあり、一方、アルカリ溶液のｐＨを前記上限値を超えて高くしても、それ以上の効果の増大が期待できない。
また、アルカリ溶液の温度は、０〜１００℃程度であるのが好ましく、１５〜７５℃程度であるのがより好ましい。かかる温度範囲において、ＳｉＯ_２の除去効率（エッチングレート）がさらに向上する。

［３−４］ 次に、前記工程［３−３］の後において残存するポリオルガノシロキサン膜５１に対して、水洗処理および酸処理のうちの少なくとも一方を行う。これにより、ポリオルガノシロキサン膜５１中またはその表面に残存するアルカリ溶液（塩基性物質）を除去または中和することができる。その結果、得られる第２の層間絶縁膜５（配線基板１）の信頼性をより向上することができる。
ここで、酸処理としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸またはこれらの混合液による処理が挙げられる。
なお、水洗処理および酸処理は、例えば、交互に繰り返し行うようにしてもよい。

［３−５］ 次に、図３（ｆ）に示すように、ポリオルガノシロキサン膜５１に、第２のＳｉＯ_２化処理を施す。これにより、ポリオルガノシロキサンをＳｉＯ_２に変化させて、接続孔５０を有する第２の層間絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）５を得る（第４の工程）。
第２のＳｉＯ_２化処理は、ＳｉＯ_２化をより確実に行うことができることから、前記工程［３−２］における第１のＳｉＯ_２化処理と同様に、紫外線照射およびプラズマ照射の少なくとも一方により行うのが好ましい。

なお、第２のＳｉＯ_２化処理は、第１のＳｉＯ_２化処理と同一の条件で行ってもよいし、異なる条件で行うようにしてもよいが、第１のＳｉＯ_２化処理と異なる第２のＳｉＯ_２化処理に適した条件に設定して行うのが好ましい。
以上のように、本発明によれば、ＳｉＯ_２膜の形成に際して、レジスト層を用いる必要がないので、製造工程数の大幅な削減を図ること、すなわち、製造コストおよび時間の削減を図ることができる。

［４］ 次に、図３（ｇ）に示すように、接続孔５０内に、第１の配線層４の一部に接触する接続部７を形成する。
接続部７は、まず、接続孔５０内を埋めように、かつ、第２の絶縁層５を覆うようにして、導電性材料を供給した後、導電性材料を第２の層間絶縁層５の上面が露出するまで除去することにより形成することができる。
導電性材料の供給には、例えば、前述したような乾式メッキ法、湿式メッキ法等を用いることができる。
また、導電性材料の除去方法としては、例えば、前述したような物理的エッチング法、化学的エッチング法等を用いることができる。

［５］ 次に、図３（ｈ）に示すように、一部が接続部７に接触する所定パターンの第２の配線層６を形成する。
第２の配線層６は、まず、第２の層間絶縁層５を覆うように、金属層を形成した後、この金属膜の不要部分を除去することにより形成することができる。
金属層の形成は、例えば、前述したような乾式メッキ法、湿式メッキ法の他、金属箔の接合等を用いることができる。
また、金属層の除去方法としては、例えば、前述したような物理的エッチング法、化学的エッチング法等を用いることができる。
以上の工程を経て、配線基板１が製造される。

＜電子機器＞
前述したような配線基板（本発明の電子部品）１は、各種電子機器に適用することができる。
図４は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。

この図において、パーソナルコンピュータ１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部を備える表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
前述したような配線基板１は、例えば、表示部の各画素の切り替えを行うスイッチング素子、本体部１１０４と表示ユニット１１０６とを接続するための可撓性配線基板等として内蔵されている。

図５は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６とともに、表示部を備えている。
前述したような配線基板１は、例えば、表示部の各画素の切り替えを行うスイッチング素子、データを保存するための半導体部品（各種メモリ）、回路基板等として内蔵されている。

図６は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。
ケースの内部には、回路基板１３０８が設置されている。この回路基板１３０８は、撮像信号を格納（記憶）し得るメモリが設置されている。

また、ケース１３０２の正面側（図示の構成では裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、回路基板１３０８のメモリに転送・格納される。

また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示のように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニタ１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピュータ１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、回路基板１３０８のメモリに格納された撮像信号が、テレビモニタ１４３０や、パーソナルコンピュータ１４４０に出力される構成になっている。
前述したような配線基板１は、例えば、表示部の各画素の切り替えを行うスイッチング素子、ＣＣＤの撮像信号を保存するための半導体部品（各種メモリ）、回路基板１３０８等として内蔵されている。

なお、本発明の電子機器は、図４のパーソナルコンピュータ（モバイル型パーソナルコンピュータ）、図５の携帯電話機、図６のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、テレビや、ビデオカメラ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器（例えば金融機関のキャッシュディスペンサー、自動券売機）、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電表示装置、超音波診断装置、内視鏡用表示装置）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレータ、その他各種モニタ類、プロジェクター等の投射型表示装置等に適用することができる。
以上、本発明の成膜方法、ＳｉＯ_２膜、電子部品および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明のＳｉＯ_２膜は、前述したような配線基板（電子部品）の他、例えば、薄膜トランジスタの層間絶縁膜、ゲート絶縁膜等に適用することもできる。

配線基板の実施形態を示す縦断面図である。 図１に示す配線基板の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。 図１に示す配線基板の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。 モバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。 携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。 ディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。

符号の説明

１……配線基板 ２……基板 ３……第１の層間絶縁層 ４……第１の配線層 ５……第２の層間絶縁層 ５０……接続孔 ５１……ポリオルガノシロキサン膜 ５００……孔 ５１０……領域 ６……第２の配線層 ７……接続部 １１００……パーソナルコンピュータ １１０２……キーボード １１０４……本体部 １１０６……ユニット １２００……電話機 １２０２……ボタン １２０４……受話口 １２０６……送話口 １３００……ディジタルスチルカメラ １３０２……ケース １３０４……ユニット １３０６……シャッタボタン １３０８……基板 １３１２……端子 １３１４……端子 １４３０……テレビモニタ １４４０……パーソナルコンピュータ

Claims (2)

1. 所定パターンのＳｉＯ_２膜を形成する成膜方法であって、
   プラズマ重合により、主としてポリオルガノシロキサンで構成されるポリオルガノシロキサン膜を形成する第１の工程と、
   前記ポリオルガノシロキサン膜の前記所定パターンに対応する領域に、紫外線照射およびプラズマ照射の少なくとも一方により第１のＳｉＯ_２化処理を施して、前記領域に存在するポリオルガノシロキサンをＳｉＯ_２に変化させる第２の工程と、
   ＳｉＯ_２に変化した前記領域を、ｐＨ９以上のアルカリ溶液により除去する第３の工程と、
   前記第３の工程において残存する前記ポリオルガノシロキサン膜に、第２のＳｉＯ_２化処理を施して、ポリオルガノシロキサンをＳｉＯ_２に変化させることにより、前記ＳｉＯ_２膜を得る第４の工程とを有することを特徴とする成膜方法。
2. 前記ポリオルガノシロキサンは、ジアルキルシリコーンを主成分とするものである請求項１に記載の成膜方法。

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