JPH09320981A

JPH09320981A - 深溝底部における電極パターン形成方法

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Publication number: JPH09320981A
Application number: JP13796896A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Akashi; 照久明石; Hiroaki Okano; 広明岡野
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-12-12
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: JP3140369B2

Abstract

(57)【要約】【課題】２０μｍ以上の深さのある溝底部に光半導体素
子用電極（金属膜）を高精度にパターニングするための
製法を提供する。【解決手段】深溝底部内に金属犠牲層膜３２をスパッタ
リングで成膜パターニングし、その溝部側面を保護する
ように第一次レジストパターン３４を形成し、そこに低
粘性の第二次レジストパターン３６を形成後犠牲層３２
を除去し、その後、電極用金属膜３７をスパッタリング
し、リフトオフして高精度電極パターンを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は深溝部における電極
パターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１を用いて説明する。

【０００３】従来、深さが２０μｍ以上ある溝部１１の
底面１２で、溝部側壁１３からその溝部深さとほぼ等し
い位置にまたはそれ以上の位置に、電極用多層金属膜１
４をパターニングする方法は以下の形成方法が挙げられ
る。

【０００４】（ａ）で、シリコンまたは石英ガラスでで
きた基板２１にはシリコンの異方性エッチングまたは石
英ガラスのドライエッチングで溝部１１が形成されてお
り、そこに高粘度のネガ型またはポジ型レジスト２２を
塗布し溝部１１全体を被覆する。（ｂ）で、１度の露
光，現像でまたは複数回の露光，現像を繰り返すことで
ネガ型またはポジ型レジスト２２をパターニングする。
ここで形成したパターン２３が電極膜のパターンとな
る。（ｃ）で、スパッタ装置または蒸着装置を使用して
電極用金属膜１４を成膜する。ここでは成膜前に逆スパ
ッタをし、パターン２３表面を洗浄すると同時にレジス
ト２２表面に微小な凹凸を形成する。さらに基板加熱を
せずに成膜する。（ｄ）で、基板２１に剥離液をしみこ
ませ、ウエットのリフトオフ法により電極用金属膜パタ
ーン１５をパターニングする。または酸素アッシングに
よるドライプロセスでのリフトオフ法により電極用金属
膜パターン１５をパターニングする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように光デハイス
上にパターニングを行った電極は、画像処理用のマーカ
として認識され、光半導体素子であるレーザダイオード
やホトダイオードを所望の位置にボンディングするため
に用いられる。そのため電極パターンはできるだけ高精
度の形状を保たなくてはならない。

【０００６】しかし、上記のような方法では以下のよう
な欠点が存在するので、高精度の電極パターンは形成不
可能であった。

【０００７】例えば、シリコンの異方性エッチングによ
り形成した深溝部の深さが３０μｍで、ポジ型レジスト
を使用する場合を例に挙げると、溝部全体を高粘性のポ
ジ型レジストで覆うと溝部の中央部でレジストの膜厚は
およそ１０μｍ程度の厚さとなり、露光時の紫外線がレ
ジスト下部まで十分届きにくい。また、電極の端部が溝
部側壁からほぼ等しい位置ではレジストの膜厚は約２０
μｍなので、この部分は中央部よりさらにレジストの膜
厚が厚く紫外線がさらに届きにくい。このような部分を
含め、深溝底部にレジストパターンを形成するには、露
光時間を長く取り１度の露光，現像でパターンを形成す
る方法と、複数回の露光，現像でパターンを形成する方
法との二通りの方法がある。最初の方法では露光時間が
長時間のため、ポジ型レジスト表面に深溝側面での光の
回折の影響が現われる。またポストベークを行うと厚膜
であるためレジストパターンのエッジが丸くなり、ホト
マスクのパターンの転写精度が落ちる。この現象はポジ
型レジストが厚膜になればなるほど顕著に現われる。次
の２度，３度の露光，現像を繰り返すことでレジストパ
ターンを形成すると、先に形成した不完全なレジストパ
ターンに次の同じパターンをアライメントするとアライ
メントずれが必ず起こり、その影響で最終的に所望のレ
ジストパターンの形状を変化させるためパターン転写精
度が落ちる。繰り返す回数が多いほど転写精度が落ち
る。以上のようにポジ型レジストの膜厚が厚い部分で、
所望のホトマスクのパターンをレジストに転写すると、
ホトマスクに対するレジストパターン精度は悪いのが普
通であった。

【０００８】また上記の方法で成膜すると、レジスト上
とレジストを除去してパターンを形成した部分とに金属
膜が連続的につながって成膜されてしまうため、リフト
オフ法で電極パターンを形成すると金属膜の端部にレジ
ストの残膜が所々付着する問題も挙げられた。これが画
像処理の際の位置認識に誤差を生じさせる原因ともな
り、これを取り除くために、さらに酸素アッシングを施
し残膜を取る工程を加えねばならなかった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の深溝底部における電極パターン形成方法
は、最終的にエッチング除去する犠牲層の金属膜をリフ
トオフ法によって大まかにパターニングする工程と、前
記パターニングした犠牲層上に第一次レジストパターン
を形成する工程と、前記一次レジストパターン部分（開
口部分）に第一次レジストより低粘度のレジストを塗布
し第二次レジストパターンを形成する工程と、前記パタ
ーニングした犠牲層を除去する工程と、スパッタ法で多
層電極膜を成膜する工程と、最後にリフトオフ法によっ
て第一次及び第二次の複合レジストパターンを除去し多
層電極膜をパターニングする工程とを含む上記各工程を
逐次行うことで可能となる。

【００１０】各工程を簡単に以下に説明する。

【００１１】最終的にエッチング除去する犠牲層にポリ
イミド樹脂等の有機物を使用することが容易に考えられ
る。しかし、ウエハに２０μｍ以上の深さの深溝部が存
在するため、深溝部を覆うことができるように有機物を
塗布すると、溝部側壁に近いほど膜厚が厚くなるので犠
牲層の膜厚が深溝底部の位置によって異なることとな
る。そのため犠牲層をパターニングすると、深溝底部の
位置によって膜厚が不均一な犠牲層となり、深溝底部に
不均一な凹凸の犠牲層パターンを形成することになる。
またスピンコート法による塗布では、パターニングする
場所によらず均一で任意の膜厚を得ることができない。
この問題を解決するために、犠牲層に金属膜を使用する
こととし、上記従来のリフトオフ法によって犠牲層金属
膜を所望の電極パターン形状よりも片側１０μｍ以上大
きくパターニングする。この際犠牲層は最終的にエッチ
ング除去するため、パターニング精度がある程度低い場
合やレジスト残膜がある場合でも最終的に得られる電極
パターンに影響を及ぼすことはない。

【００１２】また犠牲層に金属膜を使用するため、下地
が高反射膜となりレジストがハレーションの影響を受け
やすいときには、レジストに高反射基板用のポジ型レジ
ストを使用するか、または犠牲層金属膜をスパッタで成
膜した後にシリコン等膜厚５０ｎｍ以下の無機反射防止
膜をさらにスパッタで成膜して対応する。

【００１３】第一次レジストパターンは、犠牲層パター
ンを含め深溝部を全てポジ型レジストで覆うように塗布
し、複数回の繰り返し露光，現像してパターンを作り、
溝側壁をカバーするように開口部を設けることで形成さ
れる。この時第一次レジストパターン部に先に形成した
犠牲層金属膜が露出するような形となる。またその際、
第一次レジストに耐熱性向上硬化処理を施しておくこと
が好ましい。

【００１４】第二次レジストパターンは、第一次レジス
トパターン形成後、基板上に第一次レジストより粘性の
低い第一次レジストと同じ種類または高反射基板用のポ
ジ型のレジストを塗布し、露光，現像して形成される。
その際スピンコートにより、光の回折の影響を受けにく
くかつ第一次レジストの膜厚以下になるよう塗布し、パ
ターン転写精度を高める。ここで第二次レジストパター
ンの形状が電極パターンの形状となる。第二次レジスト
パターンにも第一次レジストパターンと同様な耐熱性向
上硬化処理を施しておくことが好ましい。

【００１５】次に犠牲層の金属膜をウエットエッチング
で除去する。金属膜をエッチング除去後、スパッタ装置
に入れアルゴンイオンで逆スパッタをし、第一次及び第
二次の複合レジストパターンの形状が崩れない程度に開
口基板表面を洗浄する。その後電極用多層金属膜を所望
の膜厚で成膜する。最後に剥離液等のウエットリフトオ
フ法または酸素プラズマアッシング等によるドライリフ
トオフ法によってリフトオフし、所望の電極パターンを
形成する。

【００１６】このように、深さが２０μｍ以上ある深溝
底部で、溝部側壁からその溝部の深さとほぼ等しい位置
にまたはそれ以上の位置に電極パターンを形成する場
合、第一次レジストのパターンに粘性の低い第二次レジ
ストを第一次レジストの膜厚以下になるように塗布し、
その第二次レジストに所望の電極パターンを転写するた
め、高段差のある深溝底部でも第一次レジストにパター
ンを転写するより高精度にパターンが転写することがで
きる。

【００１７】犠牲層にスパッタリングによる金属膜を使
用しているので、上記のような位置に電極パターンを形
成する時、金属膜の膜厚が深溝底部内のどの部分でも同
じなため、犠牲層をエッチング除去したときに得られる
複合レジストのひさしの高さが大きくばらつくことがな
い。さらに電極用多層金属膜をスパッタリングで成膜し
たとき、どの部分でも金属原子の回り込みが同じとなる
ので、最終電極パターンを高精度に形成可能であり制御
可能である。

【００１８】金属膜による犠牲層を利用し、第一次レジ
ストと第二次レジストを利用した複合レジストのひさし
を形成するので、任意形状のひさしを構成でき電極用金
属膜をレジスト上とパターン上とで不連続に成膜させる
ことが可能となる。そのため金属膜端部にレジストの残
膜が付着することがなくなる。またこのレジストパター
ンがひさし形状で段切れがあるため、剥離液がレジスト
にしみこみやすく、または酸素アッシングでレジストを
アッシングしやすく、リフトオフが確実に行える。さら
には第一次レジストが深溝部の段差部分を覆っているの
で予期せぬ所に電極用多層金属膜が付着することがな
い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図を用い
て説明する。

【００２０】図２は本発明の各工程における深溝部分の
断面図である。ここで、深溝部の開口部の形状は矩形状
で、開口径は１８７０×９００μｍ、深さは３０μｍで
ある。溝部側壁からの距離が５０μｍから３６０μｍの
位置に、最小パターン幅が９０μｍのＴｉ：１５０ｎｍ
／Ｐｔ：３００ｎｍ／Ａｕ：３００ｎｍの三層電極用金
属膜をパターニングする場合である。（ａ）で、基板２
１をノボラック系ポジ型レジスト（OFPR800−８００ｃ
ｐ：東京応化工業社製）を５００rpm５秒，２０００rpm
４０秒間スピンコートによって塗布し、８０℃で５０
分間プリベークを行い、その後所望の電極パターンの幅
より片側１０μｍ大きいパターンが形成されているホト
マスクを介して、１５.５ｍＷ／cm²の紫外線を３０秒間
照射した後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサ
イドの２.３８ｗ％水溶液（ＮＭＤ−３２.３８％：東
京応化工業社製）で６０秒間現像後、純水で６０秒間リ
ンスし、さらに同じ位置に同じ時間露光し、現像，リン
スを同じ時間繰り返してレジストパターンを形成した
後、１２０℃で８０分間ポストベークを行い犠牲層パタ
ーニング用レジスト３１を得たところを示す。ここで基
板２１の材質は、シリコン単体またはガラス単体または
シリコン上にガラスが成膜されたものである。（ｂ）
で、プレーナマグネトロン式スパッタ装置に基板２１を
入れ３.０×１０~³Ｐａ以下の真空度にした後、アルゴ
ンガスをチャンバ内に導入し圧力を０.６５Ｐａにし、
アルゴンイオンで基板２１をＲＦ電圧２００Ｗで１０分
間逆スパッタ（エッチング）した後、基板加熱せずにＡ
ｌを０.８μｍスパッタリングによって犠牲層３２を成
膜したところを示す。（ｃ）で、基板２１をアセトンで
１０分間超音波洗浄を２度繰り返した後、９０℃のポジ
型ホトレジスト用剥離液（剥離液−１０４：東京応化工
業社製）に２０分間ディップした後、純水で１０分間以
上流水洗浄し、スピンドライして犠牲層３２が得られた
ところを示す。（ｄ）で、基板２１を温風循環乾燥機で
２００℃，３０分間ベークし、その後ＨＭＤＳ処理を犠
牲層３２を含む基板２１に施した後、ノボラック系ポジ
型ホトレジスト（OFPR800−８００ｃｐ）を５００rpm５
秒，２０００rpm ４０秒間スピンコートによって塗布
し、８０℃で５０分間プリベークを行い深溝中央部での
膜厚が約１０μｍの第一次レジスト３３を得たところを
示す。（ｅ）で、塗布した第一次レジスト３３をホトマ
スクを介して１５.５ｍＷ／cm²の紫外線を３０秒間照射
した後、ＮＭＤ−３現像液で６０秒間現像，６０秒間純
水でリンス後、さらにこれらの作業をもう１回繰り返
し、１２０℃で８０分間ポストベークを行い、第一次レ
ジストパターン３４を得たところを示す。ここで第一次
レジストパターン開口部分と犠牲層金属膜のパターン幅
の関係はＡ−Ｂ≧３０μｍかつＢ−Ｃ≧１０μｍを満た
す領域に位置し、この仕様を満たすようにホトマスクパ
ターンが設計されている。（ｆ）で、第一次レジストパ
ターン３４が形成された基板２１に８００ｃｐより粘性
の低いノボラック系ポジ型ホトレジスト（OFPR800−100
cp：東京応化工業社製）を５００rpm５秒，２０００rpm
１８秒間スピンコートによって塗布し、その後８０℃で
５０分間プリベークを行い膜厚約４μｍの第二次レジス
ト３５を得たところを示す。（ｇ）で、ホトマスクを介
して１５.５ｍＷ／cm² の紫外線を１５秒間照射した
後、ＮＭＤ−３現像液で６０秒間現像し、純水で６０秒
間リンス後、さらに同じ作業を繰り返し１２０℃で５０
分間ポストベークを行うか、または真空中で紫外線を照
射しながら６０℃でベークを行い第二次レジストパター
ン３６を得たところを示す。（ｈ）で、犠牲層３２をリ
ン酸７５％，氷酢酸１５％，硝酸５％，水５％を混合し
たＡｌ用エッチャントでエッチング除去し純水で流水洗
浄後スピン乾燥させ、第一次レジスト３３と第二次レジ
スト３５を合わせた複合構造のポジ型レジストのひさし
を形成したところを示す。(ｉ）で、先に述べたスパッ
タ装置に基板２１を入れ同様に３.０×１０~³Ｐａ以下
の真空度にした後、アルゴンガスをチャンバ内に導入
し、圧力を０.６５Ｐａにし、その後アルゴンガスで基
板２１をひさしの形状が崩れないようにＲＦ電圧２００
Ｗで１分間逆スパッタ（エッチング）した後、基板加熱
１００℃で電極用金属膜３７（Ｔｉ：１５０ｎｍ，Ｐ
ｔ：３００ｎｍ，Ａｕ：３００ｎｍ）を順次成膜したと
ころを示す。三層電極膜の膜厚は、０.７５μｍとなっ
ている。(ｊ）で、基板２１をアセトンで１５分間超音
波洗浄を２度繰り返した後、温度１００℃のネガ型及び
ポジ型フォトレジスト用剥離液（剥離液−５０２Ａ：東
京応化工業社製）に２０分間ディップした後、ストリッ
プリンス−４(東京応化工業社製)でディップし、イソプ
ロピルアルコール，メチルアルコールにつけ純水で１０
分間流水洗浄し、所望の電極用金属膜３８が基板２１の
溝底部にパターニングされたところを示す。

【００２１】このように第二次レジスト３６の膜厚が第
一次レジスト３３の膜厚よりも薄いため第一次レジスト
３３に直接パターニングするよりもホトマスクのパター
ン転写精度が高いので、電極用金属膜パターン３８のパ
ターン精度はおのずと高くなる。また形成したレジスト
パターンに犠牲層３２の膜厚と同じ高さの段切れ（ひさ
し）があるため、電極用金属膜３７は金属粒子の回り込
みが大きいスパッタリングでも不連続に成膜され、電極
用金属膜３７の端部にレジストが付着することを防げ
る。犠牲層３２の膜厚が電極用金属膜３７の膜厚以上で
あれば確実に不連続に電極用金属膜３７を成膜できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、深さが２０μｍ以上あ
る深溝底部における、溝部側壁からの距離がその溝部深
さとほぼ等しい位置にまたはそれ以上の位置に多層電極
膜をパターニングするとき、電極膜の端部にレジストの
残膜が付着することなく、高精度で付着力の高い電極パ
ターンを形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の深溝底部に電極膜をパターニングするプ
ロセスを示す説明図。

【図２】本発明の深溝底部における電極膜パターニング
プロセスを示す説明図。

【符号の説明】

２１…基板、３１…犠牲層パターニング用レジスト、３
２…犠牲層、３３…第一次レジスト、３４…第一次レジ
ストパターン、３５…第二次レジスト、３６…第二次レ
ジストパターン、３７…電極用金属膜、３８…電極用金
属膜パターン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】深さが２０μｍ以上ある溝部底面におい
て、前記溝部の側壁から前記溝部の深さとほぼ等しい位
置にまたはそれ以上の位置に電極パターン用金属膜をパ
ターニングする方法において、ウエハの溝部内に金属膜
をリフトオフ法によってパターニングする工程と、前記
パターニングした金属膜と前記溝部を第一次レジストで
覆うように塗布し前記第一次レジストをパターニングす
る工程と、前記レジストパターニング部分を含め再度第
二次レジストを塗布し前記第二次レジストをパターニン
グする工程と、前記金属膜をウエットエッチングで取り
除き複合レジストパターンを形成する工程と、前記レジ
ストパターンを含めたウエハ全面に電極用金属膜を成膜
する工程と、前記電極用金属膜をリフトオフ法によって
所望の形状を得る工程とを含むことを特徴とする深溝底
部における電極パターン形成方法。