JPS62102532A - 薄膜パタ−ニング方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、薄膜素子の製造方法に係り、特に、樹脂膜を
用いた薄膜のパターニング方法に関するものである。

〔発明の背景〕

薄膜技術は、ＬＳＩ等の半導体の配線に使われル他、磁
気バブルメモリ、感熱表示素子、薄膜磁気ヘッド、液晶
表示素子等の薄膜素子の製造に広く用いられて来ている
。この薄膜技術は、ひとつには今まで機械加工や厚膜技
術で製造していた分野への応用が進められておシ、構造
的に複雑なものが作られる傾向におる。また、一方では
素子の小形化、高密度化に伴い、パターン精度の向上が
必要になって来ている。このため、配置パターンあるい
はスルーホールによって生じた段差の上に更に高精度パ
ターンを形成する技術がひとつの課題となっている。こ
の課題に対する考え方のひとつは平坦化である。平坦化
法としては樹脂膜あるいは低融点ガラス等を塗布し、熱
処理して流動させる法、バイアススパッタリングにより
平坦な堆積膜を得る方法、凹凸のある膜上に樹脂等で平
坦な犠牲層を形成し、樹脂と膜の白部分を同時に表面か
らエツチングして行くエッチパック法などがおる。

前述の課題のもうひとつの解の方向は凹凸のある表面上
に高精度パターンを形成する技術の開発である。多層レ
ジストによシバターンを形成する技術などがこれに当た
る。

実際の素子形成プロセスにおいては、完全に平坦な面を
得ることは容易でなく、例えば配線接続部をエツチング
で除去することで新たな凹凸ができることになる。一方
、凹凸が大きい場合には、多層レジストの下層となる樹
脂層が凹凸を埋め切れない、レジストパターンを素子パ
ターンに転写するエツチング技術に限界がある等から現
実には高精度パターンの形成は困難であるうさらに薄膜
技術の応用が拡大したことによる問題点として、材料の
多・係化が上げられる。例えば配線材料にはアルミニウ
ム又はその合金が多く用いられているが、抵抗率が大き
い、エレクトロマイグレーションに弱い等の欠点から銅
、金等の材料を用いる場合がある。アルミニウムは、塩
素系ガスによる反応性スパッタエツチングで選択的にエ
ツチングできるが、銅、金等の材料では選択比の大きな
ドライエツチング方法は知られていない。

以下、銅薄膜のパターニングを具体例として、問題点を
明らかにする。。

銅は選択的にエツチングするドライエツチング用ガスが
仰られておらず、高１１ｆ４ＦＫパターンを得ようとす
る時には加速したアルゴンイオンを衝突してエツチング
するイオンビームエツチング法あるいはイオンミリング
法が用いられることが多いつ平坦面上に銅膜がある場合
、１μｍオーダの高精度パターンを形成することも可能
である１、シかし下地に凹凸があると、第２図に示すよ
うな再付着現象によりパターンが形成できなくなる。

第２図（イ）はエツチング前の状態、第２図（ロ）はエ
ツチング後の状態の断面をそれぞれ示している。すなわ
ち、第２図（イ）において、基板１上に凹凸のある薄膜
２を形成し、その上に銅膜３を蒸着、スパッタリングあ
るいはめつき法等で形成するっさらにホトレジストパタ
ーン４，５を形成する。ホトレジストｅ露光現象する前
はホトレジストパターン４，５は点線６で示すような表
面形状全している。この時、凹凸のある薄膜２があるた
めホトレジストパターン４．５の厚さは塗布及び熱処理
における流動によシそれぞれ異なる。このレジストパタ
ーン４，５金マスクにして、銅膜をアルゴンガスを用い
九イオンミリング法でエツチングすると第２図（ロ）に
示すような形状となる。

ホトレジストパターン４，５はそれぞれ薄くなるが第２
図（イ）で示すようにエツチング前の厚さが異なるため
、エツチング後においてもホトレジストパターン５の方
がホトレジストパターン４より厚くなっている。そのた
め、前者では、アルゴンイオンにニジスパッタされた銅
膜３の一部がホトレジストパターン５の側面に再付着し
、壁状の膜１０を形成してしまう。一方、ホトレジスト
パターン４は十分な厚さがないため、アルゴンイオンに
よるサイドエツチングの進行で銅膜のパターン７は上部
が削られて面９が表れ、目的とする台形の形状のものが
得られない。ホトレジストパターン４．５の厚さを厚く
すると、銅膜パターン７は目的とする台形の形状になる
が、銅膜パターン８は、壁状の膜が更に厚くなってしま
い、単にホトレジストマスクで凹凸のある上の銅膜のパ
ターニングは困難である。

この解決策として、例えば、Ｂｏｌｌｉｎｇｅｒ、　Ｌ
。

Ｄ、　らが、５ｏｌｉｄ　５ｔａｆｅ　Ｔｅｃｈｎｏ！
０．ＶＯｌ、　２３．　ｎｏ。

１２（１９７８１に示すように、クロム、チタン。

アルミニクムｔマスクにしてアルゴンと酸素の混合ガス
で銅をイオンミリングする方法がある。この太易会、上
６己のクロム、チタン、アルミニウム等は酸化物が強固
なため、エツチング速度が低下する。−万、銅は酸素を
混合した時のエツチング速度の低下はわずかであシ、結
果として銅に対して約１０倍の大きな選択比企与えるこ
とになる。しかしながら、この方法を用いる場合でもマ
スク材をホトレジストでパターニングしなければならな
い。このマスク材全パターニングする時の寸法種度を上
げるため、及びマスク材をエツチングする時の壁状の膜
の形成金防ぐため、凹凸を平坦化することが行なわれる
。樹脂膜は１００〜４００℃の低温での熱処理で使用で
きること、及び、下地の凹凸の周期が短い場合と同様、
周期が１０μｍ以上の長い場合にも容易に効果的に平坦
化するため、有効な手段となる。しかしながら、実際の
デバイスに適用すると以下に示す問題点が生ずる。

第３図（イ）は、凹凸會樹脂、［１１で平坦化し′ｆｃ
俊、銅膜３を堆積し、その上にエツチングマスクとなる
アルミニクム、クロム、チタン、ニッケル、鉄曾金、モ
リブデ／等からなるメタルマスク１２’にパターニング
した時の断面を示したものでるる。この基板を、酸素２
０俤、アルゴン８０チの混合ガスを用いて加速電圧６０
０ｖでイオンミリングすると第３図（ロ）に示すような
目的とする台形断面を持つ銅膜パターン１３が得られる
。

しかし、銅膜パターンを残渣なく形成するにはミリング
時間をジャストエツチングに比べ長くしなければならな
いが、樹脂が酸素に弱いため、樹脂膜１１は急速にエツ
チングされる。また、金属膜３の露出部分が全て同時に
エツチング完了にはならないため、樹脂膜１１の露出し
た部分からエツチングが開始される。そのため、表面は
、錐状、あるいは針状の凹凸が発生する。そして、銅膜
パターン１３の近傍では、パターン側壁で反射したイオ
ンが当たるため、溝１４が形成され、部分的に絶縁膜の
薄い部分ができ、素子の性能の低下を招く。

通常銅膜のように樹脂と密着の悪い金属を形成する場合
、金属と樹脂膜の間にクロム、チタン等の密着性全改善
するＦＡヲ形成する。しかし、この時の厚さは０．０２
〜０．０５μｍ程度であり、溝１４及び樹脂膜表面の凹
凸を防ぐことはできない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、樹脂膜上の金属膜？：８度良くパター
ニングする方法を提供することだある。

〔発明の概要〕

金属膜を、薄い他の金属膜をマスクにして酸素’ｔｔむ
ガスでエツチングする方法は、下地が樹脂の時に与える
ダメージが大きい。本発明では、従来、密着性向上のた
めに用いていた金属膜の材質と厚さを適性化することに
より、樹脂膜の表面凹凸が防止できることを見出し、素
子作成プロセスに適用したものでおる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図（イ）において、樹脂膜１１とパターニングを目的と
する銅膜３との間にエツチングストッパ用の薄膜１５を
挿入する。この薄膜１５の厚さは銅膜３の厚さ、イオン
ミリングにおけるエツチングの速度分布、銅膜３と薄膜
１５のエツチング選択性、下部凹凸の形状さらにはイオ
ン入射角等のイオンミリング条件等によって適正なもの
が選ばれるが、形成するパターン近傍におけるエツチン
グ速度の速い部分で、銅膜３のエツチング中に薄膜１５
が局部的に除かれないことが必要である。実際には、エ
ツチング選択性について１０倍程度以上の条件を選び、
薄膜１５の厚さ金銅膜の１／２０以上にすると良好な場
合が多い、。

第１図（イ）においてメタルマスク１２ｔ−用い銅膜３
をアルゴンと酸素の混合ガスでイオンミリングし、薄膜
１５が露出する時点で停止することにより、第１し１（
ロ）の形状を得る３酸素とアルゴンの混合比は５〜５０
チ程度が実用上好ましく、５０係以上の場合、エツチン
グ速度の低下と、ストッパとなる薄膜１５が一部で破壊
された場合の樹脂膜１１のダメージが大きくなる可能性
がある。

また、５係以下では、メタルマスク１２と銅膜３の選択
性が不足することがある。

第１図（ロ）の形状の素子をさらにアルゴンイオンある
いは薄膜１５を選択的にエツチングするガスからなるイ
オンでミリングすることにより、第１図（）゛）の形状
を得る。薄膜１５がチタンの場合には、アルゴンあるい
は、フッ素化合物ガスが効果的であり、クロムの場合は
アルゴン、アルミニウムの場合は塩素系あるいはフッ素
系化合物が効果的である。

メタルマスク１２は銅膜３のミリングにおいて十分形状
を保つ必要があり、この厚さは、経験上、ミリング中に
減る厚さが１／２以下になるようにするのが好ましい。

さらに、ストッパとなる薄膜１５の厚さよりもミリング
後のメタルマスク１２の厚さを厚くすることにより、第
１図（）・）においてメタルマスクをそのまま残し、さ
らに上部に堆積する金属膜あるいは、絶縁膜との密着性
向上に使用することも可能である。

また、逆にメタルマスク１２の厚さを、エツチングスト
ッパの薄膜１５の除去のイオンミＩＪングの際に、完全
に除去できる程度の厚さＫすることによシ、銅膜３を露
出させることも可能である。

この方法では、メタルマスク１２の材料の選択が自由に
なるため、チタニア、アルミナ等の酸化物でも可能であ
る１゜ 本発明の実施例では銅膜を使用しているが、金。

銀のように酸素によシエッチング速囲が低下しないか、
低下の程区の小さい材料であれば、全く同一の方法が可
能である。この時に、メタルマ　り１２あるいはエツチ
ングストッパとなる薄膜１５とパターニングを目的とす
る材料の膜との間に、さらに密着層を入れた多層構造も
可能である。この時、密着層が酸素に対しエツチング速
度が速いものｆ、９れば銅と同様に扱うことができ、一
方、エツチング速度が遅いものであればマスク材あるい
はストッパとしての役割を受持つことができる。

尚、第１図において、エツチングマスク１２は通常イオ
ンミリング法るるいは反応性イオンミリング法に工りパ
ターニングする。このエツチングマスク金作成する他の
方法として、選択めっき法がある。選択めっき法にする
と、エツチング時の再付着によるパターン形状の荒れが
生じない。また、短時間に薄膜を制御した膜が得られる
ので、表面層として残るエツチングマスク１２の量全容
易にコントロールすることができる。

エツチングマスク１２の製法の別法として、リフトオフ
法があり、これもエツチングにおけるパターン形状の荒
れが防止できる他、ミリングにおけるエツチング速度の
遅い材料から自由に選択することができ、ホトレジスト
とのエツチング選択性を考慮する必要がなくなる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、酸素に弱い樹脂膜上にエツチングスト
ッパを設けることにより、樹脂の局部的なエツチング及
び表面の荒れ全防止することができ、高精度かつ信頼性
−の高い多層構造全形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）、（ロ）、（ハ）はそれぞれ本発明の薄膜
パターニング方法全実施時の説明図、第２図（イ）、（
ロ）及び第３図（イ）、（ロ）はそれぞれ従来のパター
ニング方法を実施時の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、薄膜素子の製造工程において、少なくとも一部が樹
   脂上に形成される金属薄膜を３層以上の積層膜とし、最
   も厚い層を中層に配し、その中間層と樹脂の間にある層
   の厚さを中間層の２０分の１より厚くしたことを特徴と
   する薄膜のパターニング方法。