JPH03285332A - マスキングフィルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、Ｓｉマイクロマシーニング、半導体加工プロ
セスにおけるエツチングによる加工時等のマスキングフ
ィルムに関する。

〔従来技術〕

エツチング時のマスキングフィルムに関してみると、Ｌ
ＳＩプロセスなどのフォトリソグラフィー分野において
は一見はぼ確立されているかのように思えるのが現状で
ある。しかしながら、に、Ｅ、　Ｐｅｔｅｒｓｅｎ、”
５ｉｌｉｃｏｎ　ａｓ　ａ　ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＭａ
ｔｅｒｉａｌ”、　Ｐｒｏｃ、　ＩＥＥＥ　７０．４２
０（１９８２）や江刺、センサ技術、５，１１４（１９
８５）など種々の報文に報告されているようにＳｉ等の
マイクロマシーニングのように基板材料をエツチングし
て構造体を作るような場合にはエツチング時間がかかる
ので、マスキングフィルムのエツチング液に対する耐性
が現在なお問題となっている。例えば。

現在よく行オ）れているＫ　ＯＨ水溶液を用いたＳｉの
結晶軸異方性エツチングでは、まず、第１図に示すよう
に３１単結晶板２にマスキングフィルム１を形成し１通
常濃度３０〜４０％、温度７０−１１０℃でエツチング
を行う。エツチング後の状態を第２図に示す。この場合
、Ｓｉの（＋００）而２ａのエッチレートは約１．４μ
ｍ／ｍｉｎ程度である。一方、マスキングフィルムとし
て用いられている熱酸化５ｉｎ２膜、あるいは、熱■、
Ｙ）ＣＶＤによるＳｉ、Ｎ４膜のエッチレートはそれぞ
れ、４０〜５０人／ｍｉｎ、　０．７人／ｍｉｎ程度で
ある。

Ｓ１単結晶のエツチングにおいて、ＫＯ）（水溶液を用
いた場合（ｉｌ＋）面のエツチングに比しく１００）あ
るいは（１１０）面のエツチングは４００〜６００倍速
く進むのでＫ　ＯＨ水溶液は異方性エツチングのエッチ
ャントとしてよく用いられている。

このエッチャントに対し、マスキングフィルムとしてこ
れまでＳ　ｉ　０２あるいはＳｉ３Ｎ、膜が使われてい
る。しかしながら、Ｓｉの熱酸化により形成するＳｉｎ
、膜はＫＯＨ水溶液に対して４０〜５０人／＋＋＋ｉｎ
程度のエッチレートを持っており、また１ミクロンの熱
酸化膜を形成するためには約１００分の酸化時間が必要
なため、実用上の熱酸化膜厚は１膜程度である。したが
って、０．３ｍｍ以上の深さのエツチングは不可能であ
る。

一方、熱ＬＰＧＶＤによるＳｉ３Ｎ、膜のエッチレート
は０．７人／ｓｉｎと小さいので、厚いＳｉ基板のエツ
チングにも有効である。しかしながら、Ｓｉ、Ｎ、の形
成は８００℃以上の高温で行う必要があり、あらかじめ
ＣＭＯ５などの回路の形成後異方性エツチングを行う際
のマスキングフィルムとして使用する場合、Ｓｉ基板上
の能動素子中に存在する種々の不純物が再拡散し素子の
性能が劣化したり、Ａｎ配線膜の表面に凹凸（いわゆる
ヒロック）が生じたりする。

なお、Ｓｉ、Ｎ４膜はプラズマＣＶＤ法によれば基板温
度３００〜４００℃の低温で作製可能であり、このよう
な問題は避けることができる。しかしながらＰＣＶＤ法
によって生成する膜はＳｉとＮがストイキオメトリ−に
化合せずＳｉリンチな膜となり、ＫＯＨにエツチングさ
れ易くなりマスキングフィルムの用をなさない。

一方、Ａｕなどの金属をマスキングフィルムとして用い
た場合にも蒸着法などにより低温で膜を形成できるが、
マスキングフィルム除去の際のエツチングでＳｉ基板上
の回路にダメージを与える。

〔目　　的〕

本発明の目的は、室温程度の低温で製膜でき、基板上の
回路等にもダメージを与えない、エツチング用マスキン
グフィルムを提供するにある。

〔構　　成〕

本発明は、炭素膜よりなることを特徴とするマスキング
フィルムに関する。

すなわち、本発明の特徴は、低温（はとんど室温）で形
成でき、Ｋ　ＯＨ水溶液を含むほとんど全てのエッチャ
ントに対して侵されず、しかも高いｌＩ！ｍ性を有する
マスキングフィルムとして炭素膜を選択した点にある。

この炭素膜は炭素原子及び水素原子を主要な組織形成元
素とした非晶質あるいは微結晶質の膜であり、さらに膜
物性を制御するために他の元素を単独または併用して含
有させることができる。具体的には、周期律表第■族元
素の場合は全構成原子量に対して５原子％以下、第■族
元素の場合は３５原子％以下、第Ｖ族元素の場合は５原
子％以下、アルカル金属元素の場合は５原子％以下、ア
ルカリ土類金属元素の場合は５原子以下、窒素原子の場
合は５原子％以下、酸素原子の場合は５原子％以下、カ
ルコゲン系元素が３５原子％以下、および、またはハロ
ゲン系元素が３５原子％以下を含有させてもよい、これ
ら元素の原子％は原料ガスの濃度あるいは後に述べる製
膜の条件などで調節するとよい。又、膜中の元素量は元
素分析１例えばオージェ分析によって測定できる。

前記炭素膜を形成するためには有機化合物ガス、好まし
くは炭化水素ガスが用いられる。しかしながら、原料物
質は常温常圧で必ずしも気体である必要はなく、加熱あ
るいは減圧により気化しうるものであれば常温常圧では
液体状態でも固体状態であってもよい。炭化水素ガス原
料としては、例えばＣＨ４、Ｃ２Ｈ，、Ｃ３Ｈ，、Ｃ、
Ｈ、ｏ等のパラフィン系炭化水素、Ｃ２Ｈ４等のオレフ
ィン系炭化水素、アセチレン系炭化水素、ジオレフィン
系戻化水素、芳香族炭化水素などほとんどすへての炭化
水素が使用できる。

さらに、炭化水素以外でも、例えばアルコール類、ケト
ン類、エーテル類、エステル類等少なくとも炭素原子を
含む化合物であれば使用可能である。

本発明における原料ガスからの炭素膜の形成方法として
は、成膜活性種が直流、低周波、高周波、あるいはマイ
クロ波等を用いたプラズマ法により生成されるプラズマ
状態を経て形成される方法、その他イオン化蒸着法、あ
るいはイオンビーム蒸着法などにより生成されるイオン
活性種を経て形成される方法及び真空蒸着法あるいはス
パッタリング法などにより生成される中性活性種から形
成される方法等がある。

これらの形成方法の中では、成膜活性種が直流、低周波
、高周波あるいはマイクロ波等を用いたプラズマ法によ
り生成されるプラズマ状態を経て形成される方法が最も
好ましい。

一方、マスキングフィルムとしての炭素膜は。

生産効率の点から、成膜速度が速い方がより好ましい。

さらに、炭素膜の下地に形成されている能動素子等への
ダメージを少くするために、膜の内部ストレスが小さい
ことが望しい。

以上のマスキングフィルムとして、より好ましい特徴を
持つ炭素膜はＲＦ電圧源を用いたプラズマＣＶＤ法によ
り形成できる。特に好ましくは以下の条件により成膜を
行う。

ＲＦ出カニ　０．２〜５　ｗ　／　ａｎ圧　　　カニ　
１０−”　〜Ｉ　Ｔｏｒｒ流　　　量：　５〜５０ｓｅ
ｃｍ 基板温度：室温〜９５０℃ さらに基板、特にＳｉウェハ、ガラス等の無機材料に対
する膜の密着力に注目すれば、ＲＦプラズマＣＶＤ法の
場合、基板側に負の直流バイアスを印加し、その絶対値
を制御することが重要である。バイアス範囲としては一
１ＯＯ〜−７００Ｖであり、望ましくは−２００〜−６
００ｖの範囲がよい。絶対値として１００■以下では密
着力が弱く、プロセス工程中で膜剥離が多数発生する。

また７００ｖ以上では膜の内部ストレスが大きくなって
やはり、膜剥離の発生原因となる。

また直流電圧を用いたプラズマＣＶＤによりマスキング
フィルムに適した炭素膜を形成することができる６好ま
しくは、以下の条件により成膜を行う。

直流比カニ０．２〜５Ｗ／ａｎ 圧　　　カニ　０，０２−０．５Ｔｏｒｒ流　　　量：
　　５〜５０ｓｅｃｍ 基板温度：室温〜９５０℃ 直流電圧：　０，５〜５０ｋＶ 電極間隔＝２０〜１００Ｗｎ この条件において、１００〜１００００人／ｗｉｎの高
い成膜速度により炭素膜を成膜できる。

さらに、炭素膜としては硬質炭素膜、例えばｊ−Ｃ膜、
ダイヤモンド状炭素膜、アモルファスダイヤモンド膜、
ダイヤモンド薄膜などを使用することができる。

硬質炭素膜の形成方法を以下に説明する。

前記プラズマＣＶＤ法の場合の製膜条件の一例を下記に
示す。

ＲＦ出力　：　　０．１〜５０Ｗ／ａｍ”圧　　　力　
：　　１０−３〜１０Ｔｏｒｒ温　　度　：　室温〜９
５０℃ プラズマＣＶＤ法では、プラズマ状態により原料ガスが
ラジカルとイオンとに分解され反応することにより基板
状に炭素原子Ｃと水素原子Ｈとからなるアモルファス及
び微結晶の少なくとも一方を含む硬質炭素膜が堆積する
。こうして形成される硬質炭素膜ではｌＲ１５１取法、
及びラマン分光法による分析の結果、それぞれ、第８図
及び第９図に示すように炭素原子のＳＰ。

の混成軌道とＳＰ、の混成軌道とによる原子間結合が混
在していることが明らかである６また。

Ｘ線及び電子線回折分析によってもアモルファス状態、
及び／または約５０〜数μｍ程度の微結晶が存在するこ
とが確認できる。なお、炭素原子のＳＰ３の混成軌道と
ＳＰ、の混成軌道とによる原子間結合の割合、あるいは
、アモルファス状態と微結晶状態の割合は製膜条件によ
り制御可能である。

このように硬質炭素膜がＳＰ３とＳＩＮ、の混成軌道を
持っている結果、硬質炭素膜は硬度が高く（ビッカース
硬度で約９５００ｋｇ／　ｍｍ”　）、電低的にも絶縁
体であり、かつ化学的にも安定であり酸、アルカリに浸
されにくい。従って、エツチングのマスキングフィルム
として使用できる。

本発明マスキングフィルムはＫＯＨ水溶液によるＳｉ結
晶軸異方性エツチングだけでなく、Ｅ　Ｄ　Ｐ　（Ｅｔ
ｈｙｌｅｒ＋ｅＤｉａｍｉｒ＋ＣＰｙｒｏｃａｔｅｃｈ
ｏｌ）水溶液、ヒドラジン（Ｎ　２　Ｈ４）水溶液、Ｎ
ａＯＨ水溶液などによるＳｉ結晶軸異方性エツチング、
フッ酸＋硝酸＋酢酸＋水によるＳｉ等方性エツチング、
その他のエッチャントによるエツチング。

又Ｓｉ以外の被エツチング材料にも適用できることはい
うまでもない。

〔実施例〕

本実施例を第３〜７図を参照しながら説明する。

第３図に示すようにＳｉ単結晶基板２上に炭素膜３を、
さきに述べたプラズマＣＶＤ法により形成する。原料ガ
スとして、メタンと水素との混合ガスを用いた。この膜
上に所望のフォトレジストパターン４を形成する（第４
図）、ついでプラズマ反応を利用したドライエツチング
によりレジストの無い部分の炭素膜を除去する（第５図
）。このエツチングガスとしてはＣＯ２とＡｒの混合ガ
スを用いた。所望のパターンに炭素膜をエツチングした
後アッシングまたは剥離液などによりレジストを除去し
た（第６図）。

その後ＫＯＨ水溶液によりエツチング処理した（第７図
）。

このようにして形成した炭素膜マスキングフィルムのＫ
ＯＨ水溶液によるエツチングレートを測定した結果、０
．５〜１人／ｗｉｎであり熱ＬＰＧＶＤにより作製した
Ｓｉ□Ｎ４とほぼ同程度のエツチングレートを示した。

従って、炭素膜はＳｉ異異性性エツチングような長時間
エツチングする際のマスキングフィルムとして有用であ
る。

しかもマスキングフィルムの形成を室温で行えるので熱
ＬＰＧＶＤでＳｉ、Ｎ４を形成する際に生じる能動素子
中の不純物の再拡散や、Ａ２膜にヒロックが生ずること
もない。

〔効　　果〕

本発明のマスキングフィルムは低温（はとんど室温）で
形成できるとともに絶縁性が高く、かつ被エツチング材
料をエツチングするエッチャントに対してほとんど侵さ
れない、そのため、基板に形成されている回路、能動素
子をショートさせることなくエツチングを充分に行うこ
とができ、深いエツチングも問題なく行えるのでＳｉの
マイクロマシニング加工等の微細加工を有効に行うこと
ができる。またこれ以外のエツチングを用いる加工にも
広く適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエツチング時の説明図、第２図は従来の
エツチング後の説明図、第３〜７図は、本発明の一実施
例のエツチング工程を順に示す説明図、第８図は硬質炭
素膜のＩＲ吸収法による分析結果を示す図、第９図は硬
質炭素膜のラマン分光法による分析結果を示す図である
。 １・・従来のマスキングフィルム ２・・Ｓ】単結晶板　２ａ・・・Ｓｉ単結晶板の１１０
面３・・本発明のマスキングフィルム ４・・・フェトレジストパターン 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、炭素膜よりなることを特徴とするマスキングフィル
   ム。