JPS5810837A - 配線層の形成方法 - 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】 この発明は半導体集積回路装置などの電極配線層のよう
な微細な配線層を形成する方法に関するものである。

以下、半導体装置の電極配線層の形成を例にとって説明
する。電極配線層を形成するにあたり。

広く採用されている方法として、電極配線層となる層た
とえば金属層の所定部分を直接エツチングすることによ
り所望の電極配線パターンを得る方法、および、電極配
線層を形成すべき基板上の特定域に溶解除去がＯＴ能な
ような被覆層を形成した後に、この被覆層を含む基板上
の全域に金属層を形成し、ついで、基体上の特定域に形
成された被覆層を除去しうる溶剤を作用させ、被４ＩＩ
層の除去と同時にこの上にある金属層を浮かしてとり去
ることにより所−の電極配線パターンを得るリフトオフ
法が挙げられる。

ところで、前者のエツチング法は、作業性の面で優れて
いるものの、湿式法でエツチングするため、バク−７１
１１１１が悪い。乾式法にょるエッチ７グ（ドライエツ
チング）も検討さ°ｈているが、これについては後述す
る。一方、後者のり７トオフ法は、被膜層を形成する写
真製版精度で全体の精度が決まるため、微細なバター７
を有する電極配線層の形成に適しているが、この方法で
は、金属層の厚みが増すと、被膜上の金属層の除去が困
礫になるため、金属層を極力薄くする必要があり、殊に
、基板表面に段差があると、この部分で電極配線層が断
線する危険性がある。

以下、ドライエツチング法について検討する。

＃Ｉ１図体）〜Φ）は従来のドライエツチング法によっ
て電極配線層を形成する際の各主要段階での状況を示す
断面図である。まず、第１図（４）に示すように、基板
（１）の表面全域に電極配線層用金属薄膜（２）を、次
いで、この上にポジ形ホトレジスト膜＋３１を形成する
。ホトレジスト［（３３に破線矢印で示すように紫外光
を選択的に照射した後、現像処理によってホトレジスト
パターン（３ａ）を形成する〔第１図（Ｅ）　）。次い
で、レジストバターノ（３ａ）　ヲマスクとして、電極
配線層用金属薄膜（２）を選択的にドライエツチングす
る〔＃Ｉ１図（Ｃ）〕。その後に、ホトレジストパター
ンマスク（３ａ）を除ｉする。４１図（Ｄ）は、以上の
処理を完了した状態を示し、基板（１）上には、電極配
ｍＪｆｌ　（２ａ）が形成される。

ところで、この従来の方法では電極配ａｍを微細かつ高
精度に形成するには、ホトレジストバター７と電極配線
パターンとのずれ（いわゆるサイドエツチング）が生じ
ないこと、電極配線パターンを形成中に、ホトレジスト
パター／の変化（エツチング中のパターンだれ）がない
こと、ホトレジストそのものが、なくならないこと（４
極配縁用金属薄膜とホトレジストとのエツチング選択比
が高いこと）などの条件を−足しなければならない。こ
れらは、エッチ７グ法、エッチフグ装置並びにホトレジ
ストの耐熱性、および耐エツチング性に依存するが、現
在広く用いられているグラズマエツチ／グ法９円藺形の
ドライエツチング装置および市販のホトレジストを用い
た場合、王妃の要求を満足することはできない。すなわ
ち、サイドエツチング２よびホトレジストのパターンだ
れが生じ、また、エツチング選択比がかせげない等の現
象が発生し、結果上して微°細かつ高精度な電極配線層
を形成することができなかった。

この発明は以上のような点に―みてなされたもので、ま
ず、耐ドライエツチング性および熱安定性にすぐれた樹
脂膜を所望パターンに形成し、これをマスクとして配線
層用金、属薄膜をドライエツチングするよ″うにするこ
とによって、微細で、かつ４１１１度な配線層を形成で
きる方法を提供することを目的としている。

第２図体）〜体）はこの発明の一実施例の各主要段階で
の状況を示す断ｆ７Ｊ図で、第３図は第２図（Ｑ）に一
点鎖線の円■で囲む部分の拡大図である。まず、第２図
（Ａ）に示すように、シリコン（８１）　基板（１）の
上表面全面に蒸着、スパッタリング等により、アルキニ
ウム（ムｔ）等の電極配線層用の金属薄膜（２）を約１
／ｊｍの厚さに形成する。その上に耐熱性樹脂としての
ポリイミド樹脂、例えば４子絶縁コーデイング剤８Ｐ５
１０　（東し社＠ニー品名）を回転塗布機を用い３００
０ｒｐｍの１転数で塗布して、耐熱性情脂層（４）ヲ形
成し約１０Ｃｆｃテ１時間、約２００℃（ＦｌＩ１間Ｖ
４雰囲気中ｅベーキングする。この時の樹脂層（４）の
厚さは約２．４μｍである。次いで、その上にポジ形電
子線レジストとしてのＰＭＭＡ　（ポリメチルメタクリ
レート）を回転迩布械で約２．４μｍの厚さに迩布して
レジスト層（Ｆｌ）を形成し約８０℃で３０分間、窒素
雰囲気中でベーキングする。次いで、電子ビーム蕗光！
＆！装置を用いて破線矢印ｅ示すように電子ビームを照
射する。この時のｍ射喝荷瀘は約フＸｌ０−”クローン
／　ｃｍ’ｌであった。次いで、第２図φ）に示すよう
に、現像液としてイングロパノール（工ＰＡＪとメチル
イソブチルケトｙ　（ＭよりＫＪとの混合溶媒を用いて
攪拌しながら１２０秒間次漬して現像を行、う。これに
より、電子ビームが照射した部分が除去されレジストバ
ター／（マスクＪ（５ａ）が形成される。次いで、１ｊ
Ｉｃ３図（Ｃ）の段階で、平行平板形ドライエツチング
装置ＤＩｌｉＭ４５１　（日電アネルバ社製：商品名）
を用い、耐熱性樹脂層（４１のエツチングを行う。エッ
チャントとして酸素（Ｏｓ）を２０８００Ｍ　（８ｔａ
ｎｌａｒｄ　Ｃｕｂｉｃ　Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ　ｐｅ
ｒＭｉｎｕｔｅ　）流−し、印加電力３００Ｗ、圧力０
．１１５　’ｒｏｒｒにて４分間行った。これにより、
−下地金属薄膜（２）を選択エツチノグするための樹脂
パターンマスク（４ａ）が形成された。次いで、同装置
を用い、電極配線層用金属薄膜であるムｔ　１１（２）
のエツチングを、５　Ｘ　ｌＯ＝　ＴＯｒｒに排気後、
エッチャントとして四環化炭＠　（ＣＯム）と塩素（Ｏ
ｔ＊）との混合ガスを用い、印加電力２００Ｗ、圧力０
−Ｉ　ＴＯｒｒにて１０分間行った。

これによって、第２図中）に示すように、ムを膜（２）
が選択的にエツチングされた。そして、その後、直ちに
、同装置を用い０■ガスによりＡＡ膜上の耐熱性樹脂マ
スク（４ａ）をエツチング除去し、第３図（至））に示
すムを膜の配線パターン（ｌａａ）を形成した。

さて、第４図には、本発明の看眼点である。耐熱性樹脂
としてのポリイミド樹脂（８Ｐ５１０東し社製：商品名
）の平行平板形ドライエツチング装置によるエツチング
速度と、ベーキング温度との関係を示した。同図から、
わかるように、ボリミイド樹脂は、ベーキング温度によ
ってエツチング速度が大きく変わる。実験結果として、
図中の丸印で示すように、エツチング速度は約０．６μ
ｍ／ｍｉｎから１．１μ＠／ｍｉｎの値が得られた。一
方、電子線レジストの場合、エツチング速度はベーキン
グ温度にはあまり依存せず約０．５〜０．６μｍ／ｍｔ
ｎの値を示す（ＩＩＩＪ示せず）。この結果から予想さ
れる１ように、耐熱性樹脂およびレジストの厚みを適当
に選び、同時に、耐熱性樹脂のベーキング温度を適当に
選択すると、耐熱性樹脂およびレジストのエツチングを
同時に行うことができる。また、レジストの厚さを原因
とするパターンの解像力の低下を防止することができ、
結果として、耐熱性樹脂パター７、ひいては、下地金属
パターンを薇細かっ高精度に形成することができる。

本実施例では、耐熱性樹脂層（４）およびレジスト層（
５）をいずれも２．４μｍの厚さとした結果、＠２ｆｌ
ｌＪ（０）で示すように、耐熱性−脂層（４）のエツチ
ング処理で同時に、レジストパター／マスク（５ａ）の
除去を行った。この時に得られた耐熱性樹脂のパターン
マスク（４ａ）はこの部分を拡大、して示す＄３ｇＪＧ
）角度−で定義される断面角度がほぼ９０°であり、極
めて高精度のものであった。そして、この耐熱性樹脂パ
ターン（４ａ、）をムｔ　ＩＩＩ　（２）のエツチング
マスクとして用いるので、ムｔ　ＩＩＩ（２）のエツチ
ング性は精度、微細化という点で、優れた結果を得た０
エツチング装置として、平行平板形を用いたので。

１μｍのｔｉｎ＋ｓ／５ｐａｃｅ　ノ：ター７を再現性
よ（形成することができた。更に、エツチングならびに
レジストおよび耐熱性樹脂の除去にドライ処理を用いて
いるので形成された電極配線パターン表面は清浄に保た
れ配線の多層化などの場合、プロセスの簡素化ができる
。

なお、上記実施例では、耐熱性樹脂のベーキング温度を
ａｏｃｒｃとしたが、この温度は、２００℃以下で６２
００’Ｃ以上でも良く、樹脂の凹凸パターンは、実施例
と同様に高精度で得られる。（実験ではベーキング温度
が８０℃から４６０℃までの範囲で確認した。） また、電極配線層を形成することが本発明の目的である
が、電極配線層用金属薄膜をエツチング中においても、
耐熱性樹脂は、パターンだれがなく、下地金属とのエツ
チング選択比に優れ、下地金属をエツチング中の耐プラ
ズマ性に優れていることを確認した。結果として、レジ
ストパターンとの寸法ずれのない配線パター７を得るこ
とができることを確認した。

また、上記実施例では、ポジ形電子線レジストを用いた
が、ネガ形を用いても耐熱性樹脂上の成膜性・パターニ
ノグ性に何ら影響を与えず、同様に微細かつ嶋精度な配
線パター／を得ることができる。他の電子線レジストと
１しては、例えばＰＧＭム（日立製作所開発品：商品名
）　、　ａｌｌ−Ｎ　（ンマール工業開尭品）などがあ
る。同様に、！！ｉ像液についても、適宜、各レジスト
に適合するものを選んでよい。また、上記実施例では、
基板として８１を用いたが、Ｇａム８等でも何ら問題は
ない。また、電極配線用金属としてムｔを挙げたが、チ
タ／（Ｔｉ）。

金（Ａｕ）などの金属もよ（、特に制限はない。耐熱性
樹脂として５Ｐ５１０をあげたがＰ工Ｑ（日立化成社製
：ｙ＃Ｊ品名）　、　ＰＹＬＡＩ、ＩＮ（米国：　Ｄｕ
ｐＯｎｔ社裂：商品名）等のポリイミド樹脂、Ｈエーロ
００（日立化成社製：商品名）等のポリアミ１′樹脂ま
たはポリアミドイミド樹脂でも構わない。

以上詳述したように、この発明の方法では、基板上に形
成された金Ｉ１４薄膜上に耐熱性樹脂層を形成し電子線
レジストを用いた電子線リトグラフィ技術を用いて上記
耐熱性樹脂層、にパター二／グを織し、これをマスクと
して上記金属薄膜に選択ドライエツチングを施して配線
層を得るようにしたので、微細でかつ高精度な配線パタ
ーンが得られ、これらの個々の技術は生産現場に容易に
導入できるもので、実用上効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

＃！１図（Ａ）〜（Ｄ）は従来のドライエッチノブ法に
よって電極配線層を形成する際の各主要段階での状況を
示す断ｒｊｉＪｃ１１Ｊ、第２図体）〜（ト））はこの
発明の一実施例の谷主要段階での状況を示す断面図、第
３図は第２図（０）の部分■の拡大図、第４図は耐熱性
樹脂のドライエッチフグにおけるエツチング速度とベー
キング温度との関係を示す図である。 図において、＋１１は基板、（２）は金属薄膜、（２ａ
）は配線層、（４）は耐熱性樹脂層、（４ａ）は耐熱性
樹脂マスク、（５）は電子線レジスト膜、（５ａ）はＶ
シストマスクである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　葛折　信　−（外１名） 第２図 第３図 第４図 ワ 丈− ベーベシ２”温ノ斐ＣＣ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１基板上に配線層用の金属薄膜を形成する工程、上
   記金属薄膜上に耐熱性樹脂層を塗布形成する工程、上記
   耐熱性１１脂層の上に電子線レジスト膜を塗布形成する
   工程、上記電子線レジスト膜に所望パターンの電子線を
   照射し現像処理を施して上記所望パターンに対応するパ
   ターンのレジストマスクを形成する工程、上記レジスト
   マスクを介して上記耐熱性樹脂層に選択的ドライエツチ
   ングを施し、耐熱性樹脂マスクを形成する工程、上記耐
   熱性樹脂マスクを介して上記金属薄膜に選択的ドライエ
   ツチングを織し配線層を形成する工程、および上記配線
   層上の上記耐熱性樹脂マスクを除去する工程を備えたこ
   とを特徴とする配線層の形成方法。 （２）　　耐熱性樹脂としてポリイミド樹脂を用いるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の配線層の形
   成方法。 （３１ドライエツチングに平行平板形ドライエツチング
   装置を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の配線層の形成方法。