JPS6137779B2 - - Google Patents

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JPS6137779B2
JPS6137779B2 JP7647280A JP7647280A JPS6137779B2 JP S6137779 B2 JPS6137779 B2 JP S6137779B2 JP 7647280 A JP7647280 A JP 7647280A JP 7647280 A JP7647280 A JP 7647280A JP S6137779 B2 JPS6137779 B2 JP S6137779B2
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JP
Japan
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pattern
silicon nitride
layer
resist
etching
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JP7647280A
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Japanese (ja)
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JPS572546A (en
Inventor
Katsumi Suzuki
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は0.5μm以上の厚みを有する微細かつ
高精度の金属パターンの形成方法に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming a fine and highly accurate metal pattern having a thickness of 0.5 μm or more.

近年半導体装置の小型化に伴い、微細パターン
を高精度に形成する必要性が生じている。特に、
1μm前後もしくはそれ以下の線幅を含む微細パ
ターンの高精度転写をも可能にする新技術として
注目されているX線リソグラフイ技術において
は、上記のごとき微細パターンを含む任意の転写
パターンを、例えばAuのような軟X線をよく吸
収する金属で少なくとも0.5μm程度の厚さをも
つて形成したX線リソグラフイマスクが不可欠と
なる。従来X線リソグラフイマスク上の前記転写
パターンは、X線リソグラフイマスク基板上に金
属層から成るX線吸収層およびレジスト膜を順次
被着せしめ、電子線露光法もしくは通常のフオト
リソグラフイ技術を用いて所望のパターンを該レ
ジスト膜に描画または転写して形成し、このレジ
ストパターンをマスクにしてイオンミリング法に
より、該金属層の露出した領域を蝕刻除去して形
成するか、もしくは電子ビーム露光法を用いてX
線リソグラフイマスク基板上にレジストパターン
を形成した後、該レジストパターン上から真空蒸
着法によりX線吸収層とする金属を被着せしめ、
前記レジストパターンを除去し、該レジストパタ
ーンの開口部に被着した金属を残して所望のパタ
ーンを形成するいわゆるリフト・オフ法を用いる
か、または、X線リソグラフイマスク基板上に予
め導電性の金属薄膜を被着させ、該金属薄膜上に
所望の転写パターンと相補のパターンをなすレジ
ストパターンを電子線露光法もしくはフオトリソ
グラフイ技術を用いて形成し、このレジストパタ
ーンをマスクにして該レジストパターンの開口部
に電気めつき方法により、金属を被着せしめ該レ
ジストパターンを除去して所望の金属パターンを
形成するか、のいずれかの方法を用いていた。こ
の中、イオンミリング法を用いたパターン形成方
法で形成される金属パターンは、側壁の傾斜がゆ
るやかになる欠点があり、微細パターンの転写精
度を高めるためにマスク基板に対して垂直もしく
はそれに近い急峻な側壁が要求されるX線リソグ
ラフイマスクの転写パターンの形成方法としては
不適当である。また、リフト・オフ法の場合に
は、金属から成る所望の転写パターンを得るため
には、形成すべき金属パターンの厚さ以上の厚み
を持つたレジストパターンを、その断面が逆台形
状を呈するようにすなわちいわゆるアンダー・カ
ツト状態で形成しなければならない。波長が4000
Å程度の紫外線を転写媒体とする通常のフオトリ
ソグラフイ技術で形成したレジストパターンの断
面形状は台形状もしくはすそ広がりとなるため、
フオトリソグラフイ技術をリフト・オフ法に適用
することは殆ど不可能である。この困難性を避け
るためリフト・オフ法で金属パターンを形成せん
とする場合、レジストパターンの形成は電子線露
光法を用いて行い、レジスト中における電子線の
散乱および基板からの電子線の散乱を利用してむ
しろアンダー・カツト気味のパターンを得るよう
にする。こうすれば確かに急峻な側壁を呈する金
属パターンを形成することは可能ではあるが、多
大な露光時間を要するという欠点がある。また、
前記の電気めつき法による転写パターン形成方法
においては、レジストパターンをマスクにして被
着せしめた金属パターン形状は該レジストパター
ン形状を既ね忠実に反映するので、リフト・オフ
法の場合と同様、通常のフオトリソグラフイ技術
では所望のパターン精度を到底実現し得ない。従
つて、従来微細かつ高精度な金属パターンを電気
めつき法で形成する場合には、電子線露光法を用
いて、電子線の直径、電流量、加速電圧および現
像条件等を厳密に制御し、基板に対し垂直な壁面
を呈するレジストパターンを形成することが先決
問題であつた。ところが、電子線露光法において
レジスト膜に照射する電子線のエネルギーは数
KeVないし数十KeVと非常に大きく、レジスト中
における散乱効果および基板からの散乱効果が大
きいため厚肉をレジスト層に所望のパターン形状
を再現性よく形成することは容易でない。また、
電子線露光法では多大な露光時間を要することも
生産性の点で大きな欠点となつている。
In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, there has been a need to form fine patterns with high precision. especially,
In the X-ray lithography technology, which is attracting attention as a new technology that enables high-precision transfer of fine patterns including line widths of around 1 μm or less, any transfer pattern including the above-mentioned fine patterns can be transferred, for example. An X-ray lithography mask made of a metal such as Au that absorbs soft X-rays and has a thickness of at least 0.5 μm is essential. Conventionally, the transfer pattern on an X-ray lithography mask is created by sequentially depositing an X-ray absorbing layer consisting of a metal layer and a resist film on an X-ray lithography mask substrate, and using an electron beam exposure method or a normal photolithography technique. A desired pattern is formed by drawing or transferring it onto the resist film, and the exposed area of the metal layer is etched away by ion milling using this resist pattern as a mask, or by electron beam exposure. X using the method
After forming a resist pattern on a line lithography mask substrate, depositing a metal as an X-ray absorbing layer on the resist pattern by vacuum evaporation method,
A so-called lift-off method is used in which the resist pattern is removed and the metal deposited in the openings of the resist pattern is left behind to form a desired pattern, or a conductive metal is placed on the X-ray lithography mask substrate in advance. A thin metal film is deposited, a resist pattern complementary to the desired transfer pattern is formed on the metal thin film using electron beam exposure or photolithography, and this resist pattern is used as a mask to form the resist pattern. One of two methods was used: depositing metal on the openings of the substrate by electroplating and removing the resist pattern to form a desired metal pattern. Among these, metal patterns formed by pattern forming methods using ion milling have the disadvantage that the slope of the sidewalls is gentle. This method is inappropriate as a method for forming a transfer pattern of an X-ray lithography mask which requires a sidewall having a large diameter. In addition, in the case of the lift-off method, in order to obtain a desired transfer pattern made of metal, a resist pattern with a thickness greater than that of the metal pattern to be formed is formed, and its cross section exhibits an inverted trapezoidal shape. In other words, it must be formed in a so-called undercut state. wavelength is 4000
The cross-sectional shape of the resist pattern formed by ordinary photolithography technology using ultraviolet rays of about 100 Å as the transfer medium is trapezoidal or has a wide base.
It is almost impossible to apply photolithographic techniques to the lift-off method. In order to avoid this difficulty, when forming a metal pattern using the lift-off method, the resist pattern is formed using an electron beam exposure method, which reduces the scattering of the electron beam in the resist and the scattering of the electron beam from the substrate. Use this to obtain a pattern that is rather undercut. Although it is certainly possible to form a metal pattern with steep sidewalls in this way, it has the drawback of requiring a long exposure time. Also,
In the transfer pattern forming method using the electroplating method described above, the shape of the metal pattern deposited using the resist pattern as a mask already faithfully reflects the shape of the resist pattern, so as in the case of the lift-off method, Conventional photolithography techniques cannot achieve the desired pattern precision. Therefore, conventionally, when forming fine and highly accurate metal patterns by electroplating, electron beam exposure is used to strictly control the electron beam diameter, current amount, accelerating voltage, development conditions, etc. The first problem was to form a resist pattern with walls perpendicular to the substrate. However, in the electron beam exposure method, the energy of the electron beam that irradiates the resist film is several times
It is very large, ranging from KeV to several tens of KeV, and has a large scattering effect in the resist and from the substrate, so it is not easy to form a desired pattern shape in a thick resist layer with good reproducibility. Also,
The electron beam exposure method requires a long exposure time, which is a major drawback in terms of productivity.

本発明の目的は、上記のごとく従来多くの困難
を伴つていた厚膜微細金属パターンの形成を容易
且つ再現性良く行えるようにして提供することに
ある。この目的を達成するためには、電子ビーム
露光法若しくは光学露光法で形成した高精度の微
細レジストパターンを忠実に厚膜の金属パターン
に変換することが重要である。この点を解決する
ために本発明では次のような工程によることとし
た。すなわち、まず基板上に導電性金属薄層を被
着させ、該導電性金属薄層上にプラズマCVD法
により0.5μm以上の厚みを有するシリコン窒化
物層を被着させ、該シリコン窒化物層上にレジス
トを塗布し、該レジスト膜を電子ビーム露光法若
しくは光学露光法により所望のパターンに成形
し、前記レジストパターンの開口部に露出した部
位の前記シリコン窒化物層を該レジストパターン
をエツチングマスクとしてプラズマエツチングや
リアクテイブスパツタエツチング等々のドライエ
ツチング法により蝕刻除去して前記導電性金属薄
層表面の一部を露出させ、こうして露出せしめた
該導電性金属薄層表面上に前記シリコン窒化物層
の開口部を埋めるようにして所望の金属をめつき
法によつて被着せしめ、残留している前記レジス
トパターン及び前記シリコン窒化物層を蝕刻除去
する、という手順がそれである。
An object of the present invention is to provide a method in which the formation of thick film fine metal patterns, which has conventionally been accompanied by many difficulties, can be easily and reproducibly performed as described above. To achieve this objective, it is important to faithfully convert a fine resist pattern formed by electron beam exposure or optical exposure into a thick metal pattern. In order to solve this problem, the present invention employs the following steps. That is, first, a conductive metal thin layer is deposited on a substrate, a silicon nitride layer having a thickness of 0.5 μm or more is deposited on the conductive metal thin layer by a plasma CVD method, and a silicon nitride layer is deposited on the silicon nitride layer. A resist is applied to the surface, the resist film is formed into a desired pattern by an electron beam exposure method or an optical exposure method, and the portions of the silicon nitride layer exposed in the openings of the resist pattern are etched using the resist pattern as an etching mask. A part of the surface of the conductive metal thin layer is exposed by etching and removal using a dry etching method such as plasma etching or reactive sputter etching, and the silicon nitride layer is deposited on the exposed surface of the conductive metal thin layer. The procedure is to deposit a desired metal by plating so as to fill the opening, and then remove the remaining resist pattern and silicon nitride layer by etching.

以下、本発明の典型的な一実施例について図面
を用いて詳細に説明する。
Hereinafter, a typical embodiment of the present invention will be described in detail using the drawings.

先ず第1図に示すように所望の厚膜微細金属パ
ターンを形成しようとする基板11の表面上に例
えばAu等の導電性金属薄層12をRFスパツタリ
ング法、真空蒸着法、またはイオンプレーテイン
グ法等々の薄膜形成法により数十Åないし数百Å
の膜厚になるように形成する。次に第2図に示す
ように該導電性金属薄層12の表面上にプラズマ
CVD法により0.5μm以上の厚さのシリコン窒化
物層13を堆積する。次に第3図に示すように該
シリコン窒化物層13の表面上にレジストを塗布
し、電子ビーム露光法若しくは光学露光法により
所定の微細パターンを該レジスト層に描画又は転
写せしめ、レジストパターン14を形成する。次
に第4図に示すように該レジストパターン14を
保護膜にして、CF4ガス等を用いたプラズマエツ
チング法やリアクテイブパツタエツチング等々の
ドライエツチング法により、該レジストパターン
の開口部に露出した前記シリコン窒化物層を蝕刻
除去し、前記導電層12の表面を露出せしめる。
このドライエツチング工程では、該レジストパタ
ーン14の平面寸法及び形状を忠実にシリコン窒
化物のパターン13′に変換することが重要であ
る。平行平板型プラズマエツチング装置を用いる
と良い成績を得易い。プラズマCVD法で堆積し
たシリコン窒化物は一般に、弗化水素又はCF4
等々の弗素化合物のガスを用いたプラズマエツチ
ングやリアクテイブスパツタエツチング等々のド
ライエツチング法による蝕刻速度が大きく、気相
成長法で堆積したシリコン窒化物の数倍ないし数
十倍の蝕刻速度を呈するし、熱酸化法で形成した
二酸化シリコンの数倍以上の速度で蝕刻される
為、エツチングの保護膜とするレジストパターン
の形状を良く保存した状態で厚いシリコン窒化物
層を思いのままにパターン化出来るので、本発明
の目的に好都合である。本発明はこの性質を積極
的に利用したものである。この様にすることによ
り充分に厚いシリコン窒化物層13を極めて精度
良くパターン化できる。こうして得た厚膜パター
ン13′は矩形の断面形状を呈しており、その平
面寸法は前記レジストパターン14の平面寸法を
そのまま転写したものとなる。第5図に示すよう
に該シリコン窒化物で形成した厚膜パターン1
3′をマスクにして該厚膜パターン13′の開口部
を埋めるようにして所望の金属を所望の厚さにな
るまでめつき法によつて形成する。めつきの手法
としては通常は電気めつき法を用いるが、無電界
めつき法によることも勿論可能である。こうして
被着した金属層はマスクに用いたパターンの断面
形状を殆どそのまま反映するので、それと相補の
関係を有する矩形の断面形状を呈する厚膜微細金
属パターン15が容易に形成できる。しかる後
に、マスクとして使用した該レジストパターン1
4を所定のレジスト剥離液若しくは有機溶剤等を
用いて除去するか又は酸素ガスを用いたプラズマ
エツチングを用いて除去する。続いてシリコン窒
化物で形成した厚膜パターン13′を弗酸又はリ
ン酸等を用いた湿式エツチング法により除去する
か又はCF4の弗素化合物のガスを用いたプラズマ
エツチング法やリアクテイブスパツタエツチング
法等のドライエツチング法により蝕刻除去する。
この時先に形成した金属パターン15は殆んどエ
ツチングされないので、そのまま残る。この状態
を示したのが第6図である。めつきに際して下地
層として用いた導電性金属層が邪魔である場合に
は、それを例えばCCl2F2等のガスを用いたリア
クテイブスパツタエツチング法又はプラズマエツ
チング法等により蝕刻除去するか又はAr等の不
活性ガスを用いたイオンビームエツチング法によ
り蝕刻除去することができる。この時蝕刻する前
記導電性金属層は該金属パターン15の高々数十
分の1程度の厚みであるので、該金属パターン1
5の形状を損うことなく除去することができる。
First, as shown in FIG. 1, a conductive metal thin layer 12 of, for example, Au is deposited on the surface of a substrate 11 on which a desired thick film fine metal pattern is to be formed by RF sputtering, vacuum evaporation, or ion plating. tens of Å to several hundred Å depending on thin film formation methods such as
The film is formed to have a film thickness of . Next, as shown in FIG. 2, plasma is applied onto the surface of the conductive metal thin layer 12.
A silicon nitride layer 13 with a thickness of 0.5 μm or more is deposited by CVD. Next, as shown in FIG. 3, a resist is applied onto the surface of the silicon nitride layer 13, and a predetermined fine pattern is drawn or transferred onto the resist layer by electron beam exposure or optical exposure. form. Next, as shown in FIG. 4, using the resist pattern 14 as a protective film, the openings of the resist pattern are exposed by a dry etching method such as a plasma etching method using CF 4 gas or a reactive pattern etching method. The silicon nitride layer is etched away to expose the surface of the conductive layer 12.
In this dry etching step, it is important to faithfully convert the planar dimensions and shape of the resist pattern 14 into a silicon nitride pattern 13'. It is easy to obtain good results using a parallel plate type plasma etching apparatus. Silicon nitride deposited by plasma CVD is generally hydrogen fluoride or CF4
The etching rate of dry etching methods such as plasma etching and reactive sputter etching using fluorine compound gases is high, and the etching rate is several to several tens of times that of silicon nitride deposited by vapor phase growth. Because it is etched at a speed several times faster than silicon dioxide formed by thermal oxidation, thick silicon nitride layers can be patterned as desired while preserving the shape of the resist pattern used as a protective film for etching. , is advantageous for the purposes of the invention. The present invention actively utilizes this property. By doing so, a sufficiently thick silicon nitride layer 13 can be patterned with extremely high precision. The thus obtained thick film pattern 13' has a rectangular cross-sectional shape, and its planar dimensions are the same as those of the resist pattern 14. As shown in FIG. 5, a thick film pattern 1 formed of the silicon nitride
Using mask 3', a desired metal is formed by plating to fill the opening of the thick film pattern 13' to a desired thickness. As a plating method, an electroplating method is usually used, but it is of course possible to use an electroless plating method. Since the metal layer deposited in this manner almost directly reflects the cross-sectional shape of the pattern used in the mask, a thick film fine metal pattern 15 having a rectangular cross-sectional shape complementary to the pattern can be easily formed. After that, the resist pattern 1 used as a mask
4 is removed using a predetermined resist stripping solution, an organic solvent, or the like, or by plasma etching using oxygen gas. Next, the thick film pattern 13' formed of silicon nitride is removed by wet etching using hydrofluoric acid or phosphoric acid, or by plasma etching using fluorine compound gas such as CF4 or reactive sputter etching. The etching is removed by a dry etching method such as the method.
At this time, the previously formed metal pattern 15 is hardly etched and remains as it is. FIG. 6 shows this state. If the conductive metal layer used as the base layer is an obstacle during plating, it can be etched away by reactive sputter etching or plasma etching using a gas such as CCl 2 F 2 or the like. It can be etched away by ion beam etching using an inert gas such as Ar. The thickness of the conductive metal layer to be etched at this time is at most several tenths of the thickness of the metal pattern 15.
5 can be removed without damaging the shape.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図から第6図に至る各図は、本発明に従つ
て厚膜微細金属パターンを形成する典型的な一実
施例について各製造工程を追つて示した被加工物
の概略断面図である。 図中、11は基板、12は導電性金属薄層、1
3はプラズマCVD法で形成したシリコン窒化物
層、13′は該シリコン窒化物層13の一部で形
成したパターン、14はレジストパターン、15
は目的とする厚膜微細金属パターン、をそれぞれ
示す。
Each figure from FIG. 1 to FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a workpiece showing each manufacturing process in a typical embodiment of forming a thick film fine metal pattern according to the present invention. . In the figure, 11 is a substrate, 12 is a conductive metal thin layer, 1
3 is a silicon nitride layer formed by a plasma CVD method, 13' is a pattern formed from a part of the silicon nitride layer 13, 14 is a resist pattern, 15
indicate the desired thick-film fine metal pattern, respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 基板上に導電性金属薄層を被着させる工程
と、該導電性金属薄層上にプラズマCVD法によ
り0.5μm以上の厚みを有するシリコン窒化物層
を被着させる工程と、該シリコン窒化物層上にレ
ジストを塗布し、該レジスト膜を電子ビーム露光
法若しくは光学露光法により所望のパターンに成
形する工程と、前記レジストパターンの開口部に
露出した部位の前記シリコン窒化物層を該レジス
トパターンをエツチングマスクとしてドライエツ
チング法により蝕刻除去して前記導電性金属薄層
表面の一部を露出させる工程と、こうして露出せ
しめた該導電性金属薄層表面上に前記シリコン窒
化物層のパターン化した開口部を埋めるようにし
て所望の金属をめつき法によつて被着せしめる工
程と、残留している前記レジストパターン及び前
記シリコン窒化物層を蝕刻除去する工程と、を含
むことを特徴とする厚膜微細金属パターンの形成
方法。
1. A step of depositing a conductive metal thin layer on a substrate, a step of depositing a silicon nitride layer having a thickness of 0.5 μm or more on the conductive metal thin layer by plasma CVD method, and a step of depositing a silicon nitride layer with a thickness of 0.5 μm or more on the conductive metal thin layer. A step of applying a resist on the layer and forming the resist film into a desired pattern by an electron beam exposure method or an optical exposure method; etching away a part of the surface of the conductive metal thin layer by dry etching using the etching mask as an etching mask, and patterning the silicon nitride layer on the exposed surface of the conductive metal thin layer. The method is characterized by comprising the steps of depositing a desired metal by plating so as to fill the opening, and etching away the remaining resist pattern and silicon nitride layer. A method for forming thick film fine metal patterns.
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