JP5644192B2 - 積層樹脂膜の形成方法及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
まず、図1(A)に示すように、半導体基板1の主面上に、例えば有機金属気相成長法によって、下部クラッド層3、活性層5、及び、回折格子層7をこの順にエピタキシャル成長させる。なお、図1(A)において、半導体基板1の主面と平行な方向にX軸及びY軸を設定している。
次に、図1(B)に示すように、回折格子層7の表面7m上に、例えばプラズマ気相成長法によって、絶縁層9を形成する。絶縁層9の厚さは、例えば、20nm〜50nmとすることができる。絶縁層9を構成する材料としては、例えば、酸化シリコン(SiO2)等のシリコン酸化物、窒化シリコン(SiN)等のシリコン窒化物や窒化酸化シリコン(SiON)等のシリコン窒化酸化物を用いることができる。
続いて、図2(A)に示すように、絶縁層9の表面9m上に、シリコン非含有樹脂層11を形成する。シリコン非含有樹脂層11は、シリコンを実質的に含まない樹脂からなる。シリコン非含有樹脂層11の形成は、例えば、絶縁層9の表面9上にシリコン非含有樹脂及び不揮発性溶媒を含むシリコン非含有樹脂溶液を回転塗布することによって、行うことができる。シリコン非含有樹脂は、シリコンを実質的に含まない樹脂である。シリコン非含有樹脂溶液中のシリコン非含有樹脂としては、例えば、アクリル系UV硬化樹脂等のUV硬化樹脂を用いることができる。シリコン非含有樹脂溶液中の不揮発性溶媒としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)100%や、東京応化工業(株)製のPMシンナー等を用いることができる。ここで、シリコン非含有樹脂層11及びシリコン非含有樹脂のシリコン含有率が0.1原子%以下であれば、シリコン非含有樹脂層11及びシリコン非含有樹脂はシリコンを実質的に含まないとみなすことができる。
次に、図2(B)に示すように、シリコン非含有樹脂層11をパターニングすることにより、後の工程で形成される回折格子7g(図6(B)参照)の周期構造に対応した周期構造パターン11p1をシリコン非含有樹脂層11の表面に形成する。このようなシリコン非含有樹脂層11のパターニングは、例えば、フォトリソグラフィ法やナノインプリント法によって行うことができる。本実施形態の周期構造パターン11p1は、回折格子層7に回折格子7gを形成するためのラインアンドスペースパターンである。
続いて、シリコン非含有樹脂層11上にシリコン含有樹脂層13を形成する。本実施形態のシリコン含有樹脂層形成工程においては、シリコン含有樹脂塗布工程と、第1加熱工程と、エッジリンス工程と、第2加熱工程が行われる。
図3(A)に示すようにシリコン含有樹脂塗布工程では、シリコン非含有樹脂層11上に、シリコン含有樹脂と揮発性溶媒とを含むシリコン含有樹脂溶液を回転塗布する。具体的には、半導体基板1を回転させながら、シリコン非含有樹脂層11上にシリコン含有樹脂溶液を塗布する。回転塗布されたシリコン含有樹脂溶液中の揮発性溶媒の少なくとも一部は揮発し、シリコン含有樹脂層13が形成される。半導体基板1を回転させる際の回転軸は、半導体基板1の主面と略直交し、この主面の略中心を通っている。(後の工程において回転塗布を行う際も同様である。)シリコン含有樹脂溶液を回転塗布する際の半導体基板1の回転数及び回転時間は、例えば、1500rpm(rotation per minute)及び20秒とすることができる。
続いて、加熱手段によってシリコン含有樹脂層13を第1の温度まで加熱する。これにより、シリコン含有樹脂層13の粘度を増加させる。シリコン含有樹脂層13を第1の温度まで加熱することにより、シリコン含有樹脂層13内に残存していた揮発性溶媒が揮発することにより、及び/又は、シリコン含有樹脂層13内の樹脂が変質することにより、シリコン含有樹脂層13の粘度が増加する。加熱手段としては、ホットプレート等の加熱器を用いることができる。第1の温度は、例えば、100℃以上、160℃以下とすることができる。加熱手段によるシリコン含有樹脂層13の加熱時間は、例えば、30秒以上、120秒以下とすることができる。シリコン含有樹脂層13の粘度は、例えば、JIS Z8803「液体の粘度-測定方法」に準じて測定することができる。
次に、シリコン含有樹脂層13のエッジリンスを行う。エッジリンス工程では、まず、図3(B)に示すように、シリコン含有樹脂層13の外縁部13e1、即ち、盛り上がり部13c1上に揮発性成分を有するリンス液14を回転塗布する。すると、シリコン含有樹脂層13の盛り上がり部13c1はリンス液14に溶解する。盛り上がり部13c1の溶解物の一部は、半導体基板1の回転に伴う遠心力によって、半導体基板1の外側に排除される。また、盛り上がり部13c1の溶解物の他の一部は、盛り上がり部13c1(図3(B)参照)の位置よりも半導体基板1の中心側(Y軸の正方向)に移動し、揮発性溶媒の揮発に伴って新たな盛り上がり部13c2となる。ただし、上述の第1加熱工程においてシリコン含有樹脂層13の粘度を増加させているため、第1加熱工程を行わなかった場合と比較して、盛り上がり部13c1の溶解物のうち、半導体基板1の中心側に移動する溶解物の割合は少ない。外縁部13e1は、例えば、シリコン含有樹脂層13の外縁から1mm以内の領域である。
続いて、加熱手段によってシリコン含有樹脂層13を第2の温度まで加熱する。第2の温度は、上記第1の温度より高い温度である。これにより、シリコン含有樹脂層13の粘度をさらに増加させる。シリコン含有樹脂層13を第2の温度まで加熱することにより、シリコン含有樹脂層13内に残存していた揮発性溶媒が揮発することにより、及び/又は、シリコン含有樹脂層13内の樹脂が変質することにより、シリコン含有樹脂層13の粘度が増加する。シリコン含有樹脂層13の粘度は、例えば、JIS Z8803「液体の粘度-測定方法」に準じて測定することができる。
続いて、図4(B)に示すように、シリコン非含有樹脂層11の周期構造パターン11p1の凸部表面11mが露出するまでシリコン含有樹脂層13をエッチングする(エッチバック工程)。このシリコン含有樹脂層13のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング法等のドライエッチングによって行うことができる。
次に、図5(A)に示すように、シリコン含有樹脂層13をマスクとしてシリコン非含有樹脂層11をエッチングすることにより、絶縁層9の表面9mの一部を露出させる(ブレークスルーエッチング工程)。絶縁層9とシリコン非含有樹脂層11の間に密着層が形成されている場合、本工程において密着層もエッチングする。本工程におけるシリコン非含有樹脂層11のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング法等のドライエッチングによって行うことができる。
続いて、図5(B)に示すように、パターニングされたシリコン非含有樹脂層11(シリコン含有樹脂層13が残存している場合、シリコン非含有樹脂層11及びシリコン含有樹脂層13)をマスクとして、絶縁層9をエッチングする。この絶縁層9のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング法等のドライエッチングによって行うことができる。
絶縁層エッチング工程における絶縁層9のエッチングは、回折格子層7の表面7mが露出するまで行う。
その後、図6(A)に示すように、シリコン非含有樹脂層11(シリコン含有樹脂層13が残存している場合には、シリコン非含有樹脂層11及びシリコン含有樹脂層13)を除去する。シリコン含有樹脂層13及び/又はシリコン非含有樹脂層11の除去は、例えば、反応性イオンエッチング法等のドライエッチングによって行うことができる。シリコン含有樹脂層13のエッチングは、回折格子層7に対するエッチングレートよりもシリコン含有樹脂層13に対するエッチングレートの方が高いエッチング法(例えば、CF4ガスを含むエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法)によって行うことができる。また、シリコン非含有樹脂層11のエッチングは、回折格子層7に対するエッチングレートよりもシリコン非含有樹脂層11に対するエッチングレートの方が高いエッチング法(例えば、O2ガスを含むエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法)によって行うことができる。
次に、図6(B)に示すように、パターニングされた絶縁層9をマスクとして、回折格子層7を、その厚さ方向の中間位置までエッチングした後に、絶縁層9を除去する。回折格子層7のエッチングは、例えばCH4ガス及びH2ガスを含むエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法によって行うことができる。絶縁層9の除去は、例えば、フッ酸等のエッチング液を用いたウェットエッチングによって行うことができる。
Claims (7)
- 半導体デバイスの製造方法であって、
基板上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層上にシリコン非含有樹脂層を形成するシリコン非含有樹脂層形成工程と、
前記シリコン非含有樹脂層に所定形状のパターンを形成するシリコン非含有樹脂層パターニング工程と、
前記シリコン非含有樹脂層パターニング工程の後に、前記シリコン非含有樹脂層上に、シリコン含有樹脂層を形成するシリコン含有樹脂層形成工程と、
前記シリコン含有樹脂層をエッチングすることにより、前記シリコン非含有樹脂層の前記パターンの凸部表面を露出させ、かつ、前記シリコン非含有樹脂層の前記パターンの凹部に前記シリコン含有樹脂層を残存させるシリコン含有樹脂層エッチング工程と、
シリコン含有樹脂層エッチング工程の後に、前記シリコン含有樹脂層をマスクとして前記シリコン非含有樹脂層をエッチングすることにより、前記絶縁層の表面の一部を露出させるシリコン非含有樹脂層エッチング工程と、
前記シリコン非含有樹脂層エッチング工程の後に、前記シリコン非含有樹脂層をマスクとして前記絶縁層をエッチングすることにより、前記半導体層の表面の一部を露出させる絶縁層エッチング工程と、
前記絶縁層エッチング工程の後に、前記絶縁層をマスクとして前記半導体層をエッチングすることにより、前記所定形状のパターンに対応した形状を有するパターンを前記半導体層に形成する半導体層パターニング工程と、
を備え、
前記シリコン含有樹脂層形成工程は、
シリコン含有樹脂と揮発性溶媒とを含むシリコン含有樹脂溶液を前記シリコン非含有樹脂層上に回転塗布することにより、前記シリコン含有樹脂層を形成するシリコン含有樹脂塗布工程と、
前記シリコン含有樹脂塗布工程の後に、前記シリコン含有樹脂層全体を第1の温度まで加熱することにより、前記シリコン含有樹脂層の粘度を増加させる第1加熱工程と、
前記第1加熱工程の後に、前記シリコン含有樹脂層の外縁部に揮発性成分を有するリンス液を回転塗布することにより、前記シリコン含有樹脂層のエッジリンスを行うエッジリンス工程と、
を有し、
前記エッジリンス工程において前記リンス液を回転塗布する際の前記基板の回転数は、前記シリコン含有樹脂塗布工程において前記シリコン含有樹脂溶液を回転塗布する際の前記基板の回転数よりも大きいことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 前記リンス液は、前記樹脂溶液が含む前記揮発性溶媒を前記揮発性成分として有することを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記エッジリンス工程後に、前記シリコン含有樹脂層を前記第1の温度よりも高い第2の温度に加熱することにより、前記シリコン含有樹脂層の粘度を増加させる第2加熱工程をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記シリコン含有樹脂塗布工程において塗布する前記シリコン含有樹脂溶液の粘度は、1.5mPa・s以上、2.0mPa・s以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第1加熱工程において前記第1の温度まで加熱された前記シリコン含有樹脂層の粘度は、10Pa・s以上、1000Pa・s以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記半導体層パターニング工程において前記半導体層に形成される前記パターンは、前記半導体デバイスが有する回折格子であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 基板の主面上にシリコン非含有樹脂層を形成するシリコン非含有樹脂層形成工程と、
前記シリコン非含有樹脂層をパターニングするシリコン非含有樹脂層パターニング工程と、
前記シリコン非含有樹脂層パターニング工程の後に、前記シリコン非含有樹脂層上に、シリコン含有樹脂層を形成するシリコン含有樹脂層形成工程と、
を備え、
前記シリコン含有樹脂層形成工程は、
シリコン含有樹脂と揮発性溶媒とを含むシリコン含有樹脂溶液を、前記シリコン非含有樹脂層上に回転塗布することにより、前記シリコン含有樹脂層を形成するシリコン含有樹脂塗布工程と、
前記シリコン含有樹脂塗布工程の後に、前記シリコン含有樹脂層全体を第1の温度まで加熱することにより、前記シリコン含有樹脂層の粘度を増加させる第1加熱工程と、
前記第1加熱工程の後に、前記シリコン含有樹脂層の外縁部に揮発性成分を有するリンス液を回転塗布することにより、前記シリコン含有樹脂層のエッジリンスを行うエッジリンス工程と、
を有し、
前記エッジリンス工程において前記リンス液を回転塗布する際の前記基板の回転数は、前記シリコン含有樹脂塗布工程において前記シリコン含有樹脂溶液を回転塗布する際の前記基板の回転数よりも大きいことを特徴とする積層樹脂膜の形成方法。
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