JPS6030100B2 - パタ−ン形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法、例えば同装置における
金属配線の微細加工方法に関するものであって、リフト
オフ的に形成されたパターンに対し、除去すべきパター
ンに対しては腐蝕液が確実に接触する様にパターン表面
を確実に露出せしめると同時に、除去すべきでないパタ
ーンに対しては、前記腐蝕液に対して充分にマスク効果
を持たせる構造によって微細パターンを形成せんとする
ものである従釆、トランジスタ、ＩＣあるいはＬＳＩの
製造において、ネガ型感光性樹脂あるいはポジ型感光性
樹脂を用いてパターンを形成するいわゆる光蝕刻技術が
一般的に使用されている。

これら光蝕刻技術に対する技術的進歩もはげしく、１＃
以下のパターン形成を必要とされる段階にまで達してい
る。従釆感光性樹脂を用いてパターン形成する方法とし
て第１図の如き前記感光性樹脂を薬液に対するマスクと
して使用する方法、あるいは第２図の如くあらかじめ感
光性樹脂によるパターンを形成しておき、後薄膜を蒸着
し、前記感光性樹脂の毅差を利用して前記薄膜の一部を
除去する事によってパターンを形成するいわゆるリフト
オフ法がある。まず、第１図を説明する。

例えばＳｊ０２膜１を有する半導体基板２に感光性樹脂
３をスピンナ法により均一に塗布（第１図ａ）し、次い
で所定のパターンを有するマスクを介して紫外線を照射
し、専用の現像液に浸せば、前記感光性樹脂３がネガ型
感光性樹脂であれば、前記マスクによって紫外線を照射
させなかった部分の樹脂は第１図ｂの４の如く穿孔され
、ポジ型感光性樹脂であれば紫外線が照射された部分が
専用の現像液に対し可溶となる。前記Ｓｉ０２膜１と感
光性樹脂３との密着を増すため１００ｑｏ〜３００午○
で熱処理し、ＨＦ系の腐蝕液に浸せば、第１図ｃの如く
Ｓｉ０２膜１が穿孔されるから、次いで加熱した日２Ｓ
０４等で前記感光性樹脂３を除去すればＳｉ０２膜１に
よるパターンが形成される（第１図ｄ）。

４′は穿孔部を示す。

この様なパターン形成方法にあっては第１図ｃの如く腐
蝕液が前記感光性樹脂３とＳｉ０２腰１との境界面に浸
透し、密着力を低下せしめ、樹脂に穿孔した孔４よりも
大きい孔４′を現出することになる。この様な現象は膜
１の性質、あるいは材質によっても著しく異なり、微細
化パターンの形成に対して大きな問題となっていた。一
方、この種の密着力の問題をさげパターンを形成する方
法がある。

これを第２図で説明する。例を半導体基板上にアルミニ
ウム膜のパターンを形成する場合について説明する。半
導体基板１１上にポジ型感光性樹脂１２をスピンナ法に
より塗布し（第２図ａ）、所定のパターンを有するマス
クを介して紫外線を照射し、専用の現像液に浸せば第２
図ｂの如く孔１３が形成され、前記マスクのパターンに
対応したパターンが形成される。

次いで前面に例えばアルミニウム膜１４を蒸着、スパッ
タ一等の方法で付着せしめれば、第２図ｃの構造を得る
事ができる。

アルミニウム膜１４は前記感光性樹脂１２に設けられた
孔１３および感光性樹脂１２上に附着するが、前記感光
性樹脂１２のパターンのエッジＡにおいてはその膜厚は
極端に薄くなり、ピンホールが多量に発生する。したが
って第２図ｃの伏態で前記感光性樹脂を溶解する溶液に
浸せば前記ピンホールを通して、前記アルミニウム膜で
囲まれた部分の感光性樹脂１２は溶解し除去されると共
に、前記感光性樹脂１２上のアルミニウム膜１４も除去
され、最後に第２図ｄの如くのパターンが形成される。
これはいわゆるリフトオフ法と呼ばれる方法であるが、
この方法では感光性樹脂にポジ型感光性樹脂を用いる事
によって原理的には相当の微細化したパターンを形成で
きるものである。しかしながら第３図に実験データを示
す如く従来のリフトオフ法では１００％の歩隣りを得る
ための前記樹脂層の厚さとアルミニウム膜の厚さにお互
いに制限がある。すなわちアルミニウム膜０．５５仏の
厚さのパターンを形成するためには、少なく共１．３５
ムｍの感光性樹脂の厚さを必要とするものである。これ
以上のアルミニウム膜厚では第４図に示す如くリフトオ
フ法により形成された歩留りは著しく低下するものであ
る。したがってアルミニウム膜を厚くすれば、必然的に
感光性樹脂の膜厚は厚くなり、樹脂層が厚くなる事によ
って樹脂で形成されるパターンの解像度は低下してしま
い微細化パターンを形成する事が出来ない。本発明はか
かる従来の種々の欠点を除去し、完全なる微細化パター
ンを形成せんとするものである。

以下、本発明の構成例を第５図、第６図で説明する。

本発明での構成においてリフトオフされる膜はアルミニ
ウム膜として説明するが、本発明は前記膜に限定される
ものではなく、金、銅、ニッケル等の金属膜、あるいは
低温で形成されるＳｉ０２、Ｓｊ３Ｎ４膜、ポリシリコ
ン又はシリコン等の半導体膜であっても良い。又基板は
石英ガラス、アルミナ等の絶縁性基板、アルミニウム、
鋼等の金属性基板、シリコン、多結晶シリコン等の半導
体基板であっても良いが本発明では例として半導体基板
を用いた。第５図において、半導体基板２１上にポジ型
感光性樹脂２２をスピンナ法、スプレィ法、浸債法等の
手段で塗布し（第５図ａ）、所定のパターンを有するマ
スクを介して紫外線もしくはＸ線を照射し、現像液に浸
せば、感光された樹脂は現像液により溶解し孔２３が形
成されるものである（第５図ｂ）。

現像は溶液に浸す浸積法あるいは現像液の頃霧を吹きつ
けるスプレィ法のいずれでも良い。次いでスパッタ法、
蒸着法によりアルミニウム膜２４を全面に被着せしめる
（第５図ｃ）。

この状態においてはすでに従来例でも詳述した如く、ポ
ジ型感光性樹脂層の厚さとアルミニウム膜厚との相互の
関係で、前記ポジ型感光性樹脂層２２のエッジ部はＢ点
の如くアルミニウム膜は段の上と下で接続された状態が
発生する。しかしながら本発明の特徴とするところは、
ポジ型感光性樹脂層の厚さとアルミニウム膜厚を相互に
無関係に選択できることである。したがって前記関係は
無視しても良いが、出釆るだけ歩留りを高くする必要が
あるならばむしろ忠実の方が良い。次いでポジ型感光性
樹脂２５をスピンナ法により塗布し乾燥した後更にネガ
型感光性樹脂２６を塗布すれば第５図ｄの構造が得られ
る。

前記ネガ型感光性樹脂２６がシリコン樹脂、ポリィミィ
ド樹脂、ポリエステル樹脂、あるいはワックスであって
も良い。

又第５図ｄの状態においてポジ型感光性樹脂とネガ型感
光性樹脂の膜厚の割合は１０：１〜１：１が望ましい。
前記割合は本発明の特徴であるポジ型感光性樹脂２５に
よってネガ型感光性樹脂２６をリフトオフする事を効果
大ならしめるためには少なく共ポジ型感光性樹脂２５よ
りも薄くなければならない。実験の結果１０：１〜１：
１の範囲で好結果を得た。次いで紫外線もしくはＸ線で
全面露光する。一方ネガ型感光性樹脂２６の側面のエッ
ジＣの部分では膜厚が著しく薄くなり、多量のピンホ−
ルが発生する。このピンホールを通して前記ポジ型感光
性樹脂２５の凸部のみを熔解すれば、凸部のネガ型感光
性樹脂２６およびポジ型感光性樹脂２５も除去される第
５図ｅの状態、すなわち本来除去すべきアルミニウム膜
２４の全面を露出でき、腐蝕液の接触を高める事ができ
る。ポジ型感光性樹脂の溶剤として、専用の現像液の他
にＮａＯＨ液あるいはアセトン溶液であっても良いし、
更に前記基板２１を前記溶液に浸している間に超音波振
動を加えたりあるいは液温を上げる事によって前記ネガ
型感光性樹脂６およびポジ型感光性樹脂２５の除去を促
進できる効果がある。ここで、凹部のポジ型感光性樹脂
２５の側面は少なくとも隣接するアルミニウム膜２４で
囲まれ、凸部のポジ型感光性樹脂２５の側面はエッジＣ
で示されるピンホールの多いネガ型感光性樹脂２６で囲
まれる。

したがって、凸部のポジ型感光性樹脂２５はＣ部の側面
のネガ型感光性樹脂２６のピンホールより容易に溶液が
侵入し、溶解するが、凹部のポジ型感光性樹脂２５はそ
の上部をネガ型感光性樹脂２６で覆われ、上部の端部で
一部覆われない部分も隙間が著じるしく小さい事、また
アルミニウム膜２４間にその側面が接しているために溶
液の侵入による溶解はごくわずかしか確認されなかった
。むしろ、側面が露出している凸部のポジ型感光性樹脂
２５の溶解速度が著しく早いものである。第５図ｅの状
態でアルミニウム膜２４の腐蝕液例えば加熱した比Ｐ０
４液、あるいは日３Ｐ０４とＨＮ０３とＣＨ３ＣＯＯ日
との混合液、ＮａＯＨ液に浸す事によって露出した部分
のアルミニウム膜２４は除去され第５図ｆの構造となる
。

半導体基板２１と接し、本来残すべきアルミニウム膜２
４は前記アルミニウム膜２４上にポジ型感光性樹脂２５
とボジ型感光性樹脂が付着しているため前記腐蝕液によ
って一部又は全部が除去される事がない。又、除去すべ
きアルミニウム膜面は腐蝕液に対し完全に露出している
ため、容易に蝕刻され、かつ完全に除去が行なわれる。
次にアセトン溶液あるいは専用の現像液に浸し、あるい
は超音波振動を加える事によって不用の樹脂が除去され
第５図ｇの如くアルミニウムによる完全なるパターンが
形成される。

次に、以上の第５図の構成例の改良を第６図を参照して
説明する。

第６図ａは第５図ｄに相当するものであり、基板２１に
ポジ型感光性樹脂２２を塗布する工程から第６図ａまで
の構成は第５図の場合と同一であるので省略する。

第６図ａの状態において０２又は０２とＮ２を混合した
ガスによるプラズマ雰囲気で所定の時間処理すれば、段
部のエッジＤは極端に膜厚が薄いから、短時間で除去さ
れるが平面部は完全に除去されない。

プラズマの工程においては、エッジＤのみを除去するの
であって、平面部は完全に除去しない方がむしろ効果的
であるから、プラズマ雰囲気での処理時間を適切に選ぶ
事が必要である。又、樹脂２６がワックス類であれば、
希釈した溶剤に短時間浸すか、あるいは溶剤を摘下しつ
つ基板を回転させる事によってエッジ○のワックスを除
去できる。次に前記基板２１に高圧水銀灯の紫外線もし
くはＸ線を照射すればポジ型感光性樹脂２５は専用の溶
剤・例えばＮａＯＨ液、アセトン溶液に対し可溶となる
。

エッジＤは完全に露出されているため、前記溶剤との接
触も良く、容易に凸部のポジ型感光性樹脂２５は溶解し
、ネガ型感光性樹脂２６も同時に除去される（第６図ｃ
）。第６図ｃの状態で次の工程へ進んでも良いが、除去
すべきでなりアルミニウム膜とポジ型感光性樹脂との密
着を良好にし、歩蟹りを高めるために７０℃〜３００℃
で熱処理しても良い。前記基板２１を日３ＰＯＪ対ま日
３Ｐ０４にＨＮ０３、ＣＨ３ＣＯＯ日等を混入した溶液
に浸すかあるいはスプレィすばアルミニウム膜２４は除
去され第６図ｄを得る。後アセトンあるいは専用のポジ
型感光性樹脂現像液に浸せば樹脂は除去され基板２１に
はアルミニウム膜のパターン２４のみが残る（第６図ｅ
）。前記不要の樹脂を除去する工程の前に紫外線もしく
はＸ線を照射すれば、前記ポジ型感光性樹脂は容易に除
去できる。又、膜２４が他のＡＩ２０３、Ｓｉ０２、Ｓ
，３Ｎ４等の耐酸性の膜で構成されるならば最終工程で
の樹脂の除去は加熱した日２Ｓ０４液でも実施できるし
、０２の耐プラズマ性があれば前記最終工程をプラズマ
雰囲気中である。次に本発明の効果についてのべる。

■ 本発明は除去すべき膜上の樹脂に溶解性のすぐれた
ポジ型感光性樹脂を使い、更に上層の樹脂を容易に除去
し、前記膜を完全に露出せしめる事ができるため、完全
に前記膜を除去するため所望のパターンが高歩蟹りで精
度よく形成できる。

■ 更に除去すべきでない面に対し、性質の異なる樹脂
膜が２層に塗布され被膜されているため、この面におけ
るピンホール等の欠陥を著しく減少できる。

■ 又、ポジ型感光性樹脂の解像度限界までの微細なパ
ターンを形成できるため例えばＩＣ、ＬＳＩあるいは超
瓜１における配線パターンへの応用あるいはＢＢＤ、Ｃ
ＣＤの如く連続した、かつ高密度で高歩留りを要求され
るプロセスにも適用できる等、利用度を拡大でき、前記
プロセスを飛躍的に向上させる事ができるものである。

図面の簡単な説明第１図ａ〜ｄおよび第２図ａ〜ｄはそ
れぞれ従釆のパターン形成方法を説明するための工程図
、第３図、第４図は第２図で示した従来法の特徴を説明
するための図、第５図ａ〜ｇおよび第６図ａ〜ｅはそれ
ぞれ本発明の実施例におけるパターン形成方法を説明す
るための工程図である。

２１・・・・・・半導体基板、２２・・・・・・ポジ型
感光性樹脂、２４・…・・アルミニウム膜、２５…・・
・ポジ型感光性樹脂、２６・…・・ネガ型感光性樹脂。

第３図第１図 第２図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板に第１の樹脂による凹凸パターンを形成する工
   程と、前記基板上に前記凹凸パターンと略同一形状に膜
   層を被着する工程と、前記膜層上にポジ型感光性樹脂を
   塗布する工程と、前記ポジ型感光性樹脂上に前記ポジ型
   感光性樹脂と同一波長で感光し、かつ前記ポジ型感光性
   樹脂の溶剤に溶解しないネガ型感光性樹脂を塗布し、前
   記ポジ型感光性樹脂の側面において他より薄く前記ネガ
   型感光性樹脂を形成し、前記側面の前記ネガ型感光性樹
   脂にピンホールを形成する工程と、前記ポジ型感光性樹
   脂と同時に、前記ネガ型感光性樹脂を同一波長で露光す
   る工程と、前記ポジ型感光性樹脂を溶解する溶液に浸し
   、前記ピンホールを介して前記凹凸パターン上の凸部上
   の前記ポジ型感光性樹脂を除去する工程と、前記凹凸パ
   ターン上の凸部上の前記膜層を除去する工程と、残存す
   る前記ネガ型感光性樹脂、前記ポジ型感光性樹脂及び前
   記第１の樹脂を順次除去する工程とを有するパターン形
   成方法。 ２ ポジ型感光性樹脂とネガ型感光性樹脂の厚さが各々
   １０：１〜１：１の割合で構成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のパターン形成方法。 ３ ネガ型感光性樹脂を塗布する工程と、露光する工程
   との間にプラズマ雰囲気中で前記ネガ型感光性樹脂の一
   部又は全部を除去する工程を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のパターン形成方法。４ プ
   ラズマ雰囲気がＯ＿２又はＯ＿２とＮ＿２の混合ガスで
   構成されることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
   載のパターン形成方法。