JPH0669186A - シリカ系被膜のパターン加工方法 - Google Patents

シリカ系被膜のパターン加工方法

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JPH0669186A
JPH0669186A JP12417293A JP12417293A JPH0669186A JP H0669186 A JPH0669186 A JP H0669186A JP 12417293 A JP12417293 A JP 12417293A JP 12417293 A JP12417293 A JP 12417293A JP H0669186 A JPH0669186 A JP H0669186A
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JP
Japan
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film
silica
resist pattern
prebaked
patterned
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JP12417293A
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Yuka Yamaho
有香 山舗
Masao Tomikawa
真佐夫 富川
Masaya Asano
昌也 浅野
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明はシロキサン樹脂溶液を被処理面に塗
布、乾燥して得たシリカ系被膜のプリベーク膜上にレジ
ストパターンを形成し、プリベーク膜の湿式エッチン
グ、レジストパターン除去を行った後に、プリベーク膜
を加熱キュアすることを特徴とするシリカ系被膜のパタ
ーン加工方法に関するものである。 【効果】本発明のシリカ系被膜のパターン加工方法によ
れば、レジストパターン形成後にシリカ系被膜を湿式エ
ッチングする際のクラック発生を簡単に確実に抑制する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリカ系被膜のパター
ン加工方法に関するものであり、さらに詳しくは湿式エ
ッチング時のクラック発生を抑制する方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】加水分解性基を有するシラン、例えばア
ルコキシシランを加水分解・縮合することによって得ら
れるシロキサン樹脂溶液を被処理面に塗布後、加熱する
ことにより形成されるシリカ系被膜は、現在、半導体素
子の不純物の拡散防止膜、層間絶縁膜、凹凸の平坦化膜
などの目的に使用されている(“ULSIプロセス材料
実務便覧”、サイエンスフォーラム社、津屋英樹他著、
P202)。従来、このシリカ系被膜のパターン加工方
法としては、シロキサン樹脂溶液を被処理面に塗布した
後、50〜230℃で乾燥し、ついで250〜500℃
で完全に加熱キュアしてシリカ系被膜を形成した後、こ
の膜上に、ポジ型あるいはネガ型レジストによるレジス
トパターンを形成し、このレジストパターンをマスクと
して、シリカ系被膜を湿式、あるいは、乾式エッチング
を行うというのが一般的であった(“エレクトロニクス
の精密微細加工”、総合電子出版、楢岡清威著、P7
7,“超LSIプロセスデータハンドブック”、サイエ
ンスフォーラム社、赤坂洋一著、P181)。
【0003】しかし、バッファードフッ酸エッチング液
等を用いた湿式エッチングを行う場合、エッチング液へ
の浸漬によって、シリカ系被膜にクラックが生じるとい
う問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、シリカ系被膜のパターン加工において、湿式エッチ
ングを行う場合にも、クラックの発生を確実に防止でき
る方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
次の(A)〜(E)の工程を含むことを特徴とするシリ
カ系被膜のパターン加工方法により達成される。
【0006】(A)シロキサン樹脂溶液を被処理面に塗
布した後、乾燥し、シリカ系被膜のプリベーク膜を形成
する工程。
【0007】(B)該プリベーク膜上にレジストパター
ンを形成する工程。
【0008】(C)該プリベーク膜を湿式エッチングす
る工程。
【0009】(D)レジストパターンを除去する工程。
【0010】(E)パターニングされたプリベーク膜を
加熱キュアし、シリカ系被膜を得る工程。
【0011】すなわち、クラック発生原因について本発
明者等が詳細な検討を行ったところ、クラック発生はシ
リカ系被膜の高ストレス、高吸水性に起因していること
がわかった。これは、キュアによって、シリカ系被膜に
高いストレスが生じ、次に、これをエッチング液に浸漬
することによって、膜が吸水して膜中への水の拡散が起
こるために急激なストレス緩和が生じ、このショックで
クラックが発生しているものである。さらに、クラック
の発生を抑制する方法について、鋭意研究を重ねた結
果、シロキサン樹脂溶液を被処理面に塗布後、乾燥した
プリベーク膜の状態でも十分に湿式エッチングが行える
ことを見出だし、本発明に到達したものである。
【0012】以下、本発明の工程を順に説明する。
【0013】本発明において使用されるシロキサン樹脂
溶液は、加水分解性基を有するシラン、例えばアルコキ
シシランを必要であれば、溶媒、および触媒存在下で、
水を加えて加水分解・縮合することによって得られるも
のである。シロキサン樹脂としては、フェニル基を含有
しているものが好ましい。具体例としては、東京応化工
業製“OCD”シリーズ、日立化成工業製“HSG”シ
リーズがある。
【0014】このシロキサン樹脂溶液をスピンナー、デ
ィッピングなどの公知の方法によって被処理面に塗布
し、乾燥する。被処理面としては、シリコンウェハ、ガ
リウムヒ素ウェハ、ガラス、セラミックス等の基板、あ
るいは、それらの基板上に形成された酸化ケイ素、窒化
ケイ素、酸化窒化ケイ素等の無機膜、ポリイミド等の有
機膜、Al、Au、Cu、Ni、W等の金属膜、および
それらの組み合わせ等が挙げられる。また乾燥温度、す
なわちプリベーク温度としては、50〜230℃の範囲
が好ましく、さらには、60〜200℃の範囲がより好
ましい。
【0015】次に、必要に応じて、このプリベーク膜に
レジスト塗布前処理を施す。前処理方法としては、アル
カリ処理やヘキサメチルジシロキサン(HMDS)処理
が挙げられ、これらは併用することも可能である。
【0016】アルカリ処理は、シリカ系被膜とレジスト
膜との混合層の生成を抑制するために行う。アルカリ処
理の方法は、被処理面をアルカリ性溶液へ浸漬する、あ
るいはアルカリ性気体へ暴露するという形で行うのが一
般的である。具体的なアルカリとしては、テトラメチル
アンモニウムハイドロオキサイド、コリン、アンモニ
ア、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリ
エタノールアミン、ジメチルアミン、メチルアミン、水
酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどが挙げられる。こ
れらのアルカリの中では、テトラアンモニウムハイドロ
オキサイド、アンモニア、ジメチルアミン等が好まし
く、特にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
が好ましい。具体例としては、東京応化工業製“NMD
−3”(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
の2.38%水溶液)が挙げられる。また、アルカリ性
の強さとしては、本発明の場合、pH10以下の弱アル
カリ性の水溶液で十分である。弱アルカリ性の場合、浸
漬時間は、1〜7分が適当であり、より好ましくは2〜
5分である。pH10をこえる強アルカリ性の場合、長
く浸漬しすぎると、下地の基板との結合手を切断するた
め、弱アルカリ性の場合より浸漬時間を短くする必要が
ある。浸漬の後、水洗し、窒素を吹き付け、ホットプレ
ート上で乾燥する。乾燥温度としては、100〜120
℃が好ましい。
【0017】一方、HMDS処理は、シリカ系被膜とレ
ジストとの密着性を向上させるために行う。HMDS処
理の方法は、被処理面をHMDSガス中へ暴露するとい
う形で行うのが一般的である。
【0018】そして、次に、公知の方法によって、プリ
ベーク膜上にレジストパターンを形成する。用いられる
レジストは、ネガ型、ポジ型のいずれでもよく、具体的
には、東京応化工業製ポジ型フォトレジスト“OFPR
−800”、“TSMR−8900”、東京応化工業製
ネガ型フォトレジスト“OMR−85”等がある。
【0019】“OFPR−800”を例にパターン形成
方法を概説する。まず、レジストを0.5〜3μm程度
の必要膜厚になるようにスピンナー塗布し、100〜1
20℃のホットプレート上で1〜2分間乾燥する。その
後、キヤノン(株)製露光機PLA−501Fなどの露
光機を用い、マスクを通して、5〜20mW/cm
2(405nm)を選択的に露光する。その後、東京応
化工業製フォトレジスト用現像液“NMD−3”に30
秒〜2分間浸漬して現像し、水洗した後、100〜12
0℃のホットプレート上で1〜2分間乾燥することによ
り、レジストパターンが形成される。
【0020】このようにしてレジストパターンを形成し
た後、公知の方法によって、プリベーク膜を湿式エッチ
ングする。エッチング液は、一般には、フッ酸とフッ化
アンモニウムの混合水溶液が用いられ、具体例として
は、橋本化成製のバッファードフッ酸“5:1BH
F”、“63BHF”、“1400BHF”などが挙げ
られる。これらのエッチング液に必要時間、例えば1分
〜20分程度、浸漬することにより、レジストパターン
に従ったパターン状にプリベーク膜がエッチングされ
る。しかし、浸漬時間は、シリカ系被膜の種類、エッチ
ング液、レジストの種類、膜厚等によって異なるため、
これらに限定されるものではない。
【0021】次に、レジストパターンを剥離、除去す
る。剥離方法は、酸素プラズマへの暴露でも良いし、東
京応化工業製“OMR−502”などの公知のレジスト
剥離剤を用いた薬品処理によっても良い。
【0022】最後に、得られたパターニングされたプリ
ベーク膜を通常のキュア温度である250〜500℃で
加熱キュアすることによって、所望のパターニングされ
たシリカ系被膜を得ることができる。
【0023】本発明の作用を以下に説明する。
【0024】すなわち、本発明のシロキサン樹脂溶液
は、モノマーだけでなく、オリゴマー、さらにはポリマ
ーを含有しており、これを塗布、乾燥したプリベーク膜
の状態でも、すでにシロキサン骨格がある程度形成され
ているため、通常の湿式エッチングが行えるのである。
従来方法による、250〜500℃で加熱キュアしたシ
リカ系被膜をエッチング液に浸漬した場合は、クラック
が多数発生するのに対して、本発明によれば、50〜2
30℃で乾燥したプリベーク膜をエッチング液に浸漬し
ているので、クラックは全く発生しないという利点を有
する。これは、250〜500℃で加熱キュアしたシリ
カ系被膜ではストレスが高くなっているため、エッチン
グ液への浸漬で急激なストレス緩和が起こり、膜にクラ
ックが生じるのに対し、50〜230℃で乾燥したプリ
ベーク膜状態ではストレスは低いため、エッチング液に
浸漬してもストレス緩和はそれ程大きくなく、クラック
が発生しないものと考えられる。
【0025】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
【0026】実施例1 エチレングリコールモノブチルエーテル50g、水60
g、酢酸3gを混合し、これに、メチルトリイソプロポ
キシシラン220g(1.0mol)を攪拌しながら加
えた。得られた溶液をシリコンウェハ上にスピンナー
で、1.0μm厚に塗布し、80℃のホットプレート上
で10分間乾燥した。次に、この膜を2.38%のテト
ラメチルアンモニウムホドロオキサイド水溶液に3分間
浸漬し、水洗、乾燥した。次に、処理後のプリベーク膜
上に、1.5μm厚に東京応化工業製ポジ型フォトレジ
スト“OFPR−800”を塗布し、110℃のホット
プレート上で90秒乾燥した。その後、キャノン(株)
製露光機PLA−501Fを用い、マスクを通して、1
1.0mW/cm2 (405nm)を選択的に露光し
た。その後、東京応化工業製フォトレジスト用現像液
“NMD−3”に約1分間浸漬して現像し、水洗した
後、110℃のホットプレート上で90秒乾燥すること
により、レジストパターンが形成された。これをバッフ
ァードフッ酸“1400BHF”(橋本化成製)に5分
間浸漬した。次いで、東京応化工業製のレジスト剥離剤
“OMR−502”を用いてフォトレジストを除去した
後、窒素雰囲気の300℃のオーブン中で30分間キュ
アして、パターニングされたシリカ系被膜を得た。
【0027】得られた膜を顕微鏡を用いて100倍に拡
大し観察した結果、クラックは全くなかった。
【0028】比較例1 実施例1と同じシロキサン樹脂溶液を、同条件で塗布、
乾燥したのち、さらに引き続いて、窒素雰囲気の300
℃のオーブン中で30分間キュアした。このキュアを行
った膜上に、実施例1と同様の方法で、キュア後のアル
カリ処理、レジストパターン形成、シリカ系被膜エッチ
ング、レジスト除去を行った。
【0029】パターンニングされたシリカ系被膜を顕微
鏡を用いて100倍に拡大して観察した結果、クラック
が多数発生していた。
【0030】実施例2 テトラヒドロフラン50g、ジメチルアセトアミド10
0g、水100g、ナフィオン(デュポン製イオン交換
樹脂)5gを混合し、これに、ジメチルジエトキシシラ
ン74g(0.5mol)、メチルトリプロポキシシラ
ン440g(2.0mol)、ジフェニルジエトキシシ
ラン27g(0.1mol)、フェニルトリプロポキシ
シラン113g(0.4mol)を混合したものを攪拌
しながら加えた。得られた溶液をシリコンウェハ上にス
ピンナーで、0.8μm厚に塗布し、120℃のホット
プレート上で10分間乾燥した。この膜上に、実施例1
と同様に、1.0μm厚にポジ型フォトレジストパター
ンを形成し、これをバッファードフッ酸“63BHF”
(橋本化成製)に3分間浸漬した。次いで、実施例1と
同様の方法でフォトレジストを除去した後、窒素雰囲気
の450℃のオーブン中で2時間キュアして、パターン
ニングされたシリカ系被膜を得た。
【0031】得られた膜を顕微鏡を用いて100倍に拡
大し観察した結果、クラックは全くなかった。
【0032】比較例2 実施例2と同じシロキサン樹脂溶液を、同条件で塗布、
乾燥したのち、さらに引き続いて、窒素雰囲気の450
℃のオーブン中で2時間キュアした。このキュアを行っ
た膜上に、実施例1と同様の方法で、レジストパターン
形成、シリカ系被膜エッチング、レジスト除去を行っ
た。
【0033】パターンニングされたシリカ系被膜を顕微
鏡を用いて100倍に拡大して観察した結果、クラック
が多数発生していた。
【0034】実施例3 N−メチル−2−ピロリドン10g、水15g、リン酸
1gを混合し、これに、メチルトリエトキシシラン36
g(0.20mol)、メチルトリス(2−メトキシエ
トキシ)シラン7g(0.03mol)、フェニルトリ
ス(2−メトキシエトキシ)シラン17g(0.05m
ol)を混合したものを攪拌しながら加えた。得られた
溶液をシリコンウェハ上にスピンナーで、2.0μm厚
に塗布し、200℃のホットプレート上で10分間乾燥
した。この膜上に、1.6μm厚にポジ型フォトレジス
トを実施例1と同様の方法でパターン形成し、これをバ
ッファードフッ酸“5:1BHF”(橋本化成製)に1
5分浸漬した。次いで、実施例1と同様の方法でフォト
レジストを除去した後、窒素雰囲気の300℃のオーブ
ン中で30分間キュアして、パターンニングされたシリ
カ系被膜を得た。
【0035】得られた膜を顕微鏡を用いて100倍に拡
大し観察した結果、クラックは全くなかった。
【0036】
【発明の効果】本発明のシリカ系被膜のパターン加工方
法によると、レジストパターン形成後にシリカ系被膜を
湿式エッチングする際のクラック発生を簡単に確実に抑
制することができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の(A)〜(E)の工程を含むことを特
    徴とするシリカ系被膜のパターン加工方法。 (A)シロキサン樹脂溶液を被処理面に塗布した後、乾
    燥し、シリカ系被膜のプリベーク膜を形成する工程。 (B)該プリベーク膜上にレジストパターンを形成する
    工程。 (C)該プリベーク膜を湿式エッチングする工程。 (D)レジストパターンを除去する工程。 (E)パターニングされたプリベーク膜を加熱キュア
    し、シリカ系被膜を得る工程。
  2. 【請求項2】(A)工程の後、次の(A´)工程を行っ
    てから、(B)の工程を行うことを特徴とする請求項1
    記載のシリカ系被膜のパターン加工方法。 (A´)該プリベーク膜にアルカリ処理を施す工程。
  3. 【請求項3】シロキサン樹脂がフェニル基を含有してい
    ることを特徴とする請求項1または2記載のシリカ系被
    膜のパターン加工方法。
JP12417293A 1992-05-29 1993-05-26 シリカ系被膜のパターン加工方法 Pending JPH0669186A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101256956A (zh) * 2007-02-26 2008-09-03 株式会社半导体能源研究所 绝缘膜的制造方法及半导体器件的制造方法
JP2011515584A (ja) * 2008-03-26 2011-05-19 メルク パテント ゲーエムベーハー SiO2レジスト層を製造するための組成物およびその使用方法

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