JPS62159434A - 薄膜加工方法 - 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〕 本発明は導電体や絶縁物の薄膜を微細加工する方法に係
り、特に開口や溝を所定の深さに高精度に形成する方法
に関する。

〔発明の背景〕

本発明の特徴と背景を説明するために、第１図を用いて
従来法とその問題点を説明する。第１図（ａ）は所謂ｒ
ペデスタルノを用いた薄膜加工方法を示す図であるａ　
Ｓ　ｘやＳ　ｉ　Ｏｚ等からなる基板１０の所定の位置
に凸パターン１１、即ち１１ａ。

１１ｂ、ｌｉｅ、ｌｉｄ等が形成されている。凸パター
ン１１を構成する材料は基板１ｏを構成する材料を殆ど
エツチングしないガスプラズマ等によって容易にエツチ
ングされる材料が良い１例えばポリイミド樹脂を用い、
特公昭５８−５１４１２に示した方法によって容易に高
精度の凸パターンを用いることができる１次にスパッタ
法等を用いて５ｉｎｓからなる被膜層１２を形成する。

更にその上に回転塗布などの方法によって第２の高分子
樹脂の層１５を塗布・形成する。多くの場合Ａ　Ｚ　１
３５０　Ｊ（シブレイ：　５ｈｉ４１１１ｅｙ社製商品
名）等のフォトレジストが用いられる。第２の高分子樹
脂の層１５の表面１４は平坦となる０次にＣＦ４と０２
との混合ガス等を用いて、第２の高分子樹脂層１５と被
膜層１２とのエッチ速度がほぼ等しくなる条件によって
エツチング（エッチバック）すると、表面１４の形状が
そのまま反映された新たな表面１３（破線で示す）が形
成され、被膜層１２の表面は平坦化されると共に、凸パ
ターン１１、即ち１１ａ〜ｌｉｄも露出するために、酸
素プラズマ等を用いて凸パターン１１をエツチング除去
すれば、基板１０に損傷を全く与えることなしに開孔や
溝をも同時に形成できる。しかるに発明者らの検討の結
果、上記の従来法は以下に述べる欠点を有することがわ
かった。

第１に従来法においては被膜層１２表面の凹凸にかかわ
らず第２の高分子樹脂の層１５は十分に厚く形成しなけ
ればならないという点である。凸パターン１１の高さが
約１μｍの場合、表面１４が十分に平坦化される為には
第２の高分子樹脂層１５の厚さは約３μｍ必要となる。

被膜層１２の厚さが約１．５μｍとすれば、０．５μｍ
程度を残す場合のエツチングすべき厚さは約４μｍにも
なり、処理に長時間を要し好ましくない、また、制御精
度の点でも問題が多い、しかも、上記の第２の高分子樹
脂層１５の厚さは±１０％程度ばらつくのが常であるか
ら、厚い部分の膜厚Ａと薄い部分の膜厚Ｂとの差は最大
０．６μｍにもなり、新しい表面層１３が形成された場
合に残存する被膜層１２の厚さは場所によって０という
部分も生じ得る。この様な不良は加工方法として望まし
くない、従って第２の高分子樹脂層１５の膜厚を薄くす
ることが望ましいが、平坦化の度合は低下する。

上記の膜厚が３μｍの場合でも平坦化可能な凸パターン
１１の幅はたかだか１０μｍ程度であり、加工寸法の点
でも制約が多い。

第２の問題は凸パターン１１と第２の高分子樹脂１５と
を構成する材料が相互に異なる場合、これら２者に加え
、被膜層１２との３者を同時に等しいエッチ速度に保つ
エッチバック条件を得ることが困難なことである。凸パ
ターン１１はその上に被膜層１２を形成する必要がある
ために、耐熱性の高い材料で構成することが望ましい０
例えばポリイミド樹脂が望ましい、他方用２の高分子樹
脂層１５は表面平坦度の点からノボラック系樹脂を主成
分とするフォトレジスト（シブレイ＝Ｓｈｉｐｌｅｙ社
製ＡＺ１３５０Ｊなと）や環化ゴム系レジスト（東京応
化社製ＯＭＲ−８３等）が用いられる。しかるにこれら
のフォトレジストとポリイミド樹脂とは、Ｃｚ　Ｆ　ｅ
とＯ２との混合ガスによるプラズマのＣｘＦｔａの濃度
に対するエッチ速度依存性が相互に異なることが判明し
た０例えば第２図に示すように、Ｏｚ中のＣｚＦｅ増加
と共に複膜層の５ｉＯｚ１２のエッチ速度は増加し、や
がて飽和し。

さらにＣ２ＦＢが増加する時は逆に減少する（曲線Ｅ）
、これに対してＡＺ１３５０Ｊフォトレジストのエッチ
速度はＣｘ　Ｆ　ｅ濃度の増加と共に単調に減少する（
曲ＭＣ）、ポリイミド樹脂のエッチ速度（曲線Ｄ）も減
少するがその度合は少ない０条件によってはかえって増
加する場合すらある。従って被膜層１２と第２の高分子
樹脂層１５とのエッチ速度がほぼ等しい（同時にエツチ
ングした場合）が凸パターン１１のエッチ速度は大きい
という条件（条件Ｆ）でエツチングを行うと、第１図（
ｂ）の様に凸パターン１１が露出されるまでは表面１３
はほぼ平坦にエツチングされるものの、凸パターン１１
は露出した途端に速かにエツチングされてしまい、第１
１！Ｉ（ｃ）の１６として示す様に。

基板１０が部分的にエツチングされ不良となる場合があ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は第２の高分子樹脂層１５が薄くても十分
に平坦化が可能で、かつ凸パターンと第２の高分子樹脂
層１５とのエッチ速度が異なることに起因する基板１０
の損傷発生を防止する薄膜加工方法を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は主として、以下の２点を併せ有することを特徴
とする。まず被膜層上の平坦化のための高分子樹脂層を
、凸パターンが高分子樹脂によって形成されている場合
には、エッチバックの際に、凸パターンと第２の高分子
樹脂層とのエッチ速度が等しくなる条件下において反応
性スパッタエッチ又はプラズマエッチを行うことによっ
て、エッチバック工程を安定化した。また凸パターン３
１ａ〜３１ｄなどが様々な平面寸法を有していたり、疎
密の度合いが激しい、等の場合には、予め凸パターンの
逆パターン形状に第１の高分子樹脂層を大略埋め込んで
おくことによって、その上の第２の高分子樹脂層表面の
平坦性を大幅に向上させることが可能である。これによ
って、エッチバック後の被膜層の残存膜厚均一性が大幅
に向上する第２に凸パターンのエッチ速度を被膜層のエ
ッチ速度と同等以下とすることにより、エッチバックの
際にＳｉ基板３０が損傷を受ける危険性を大幅に減少さ
せることが可能となった。

〔発明の実施例〕

第３図を用いて、本発明の効果を実施例によって説明す
る。

実施例１〕 第３図（ａ）に示す様に表面が厚さ２００ｎｍ程度の５
ｉＯｚ膜によって覆われた（図示せず）Ｓｉ基板３０上
に厚さ約１μｍのポリイミド樹脂からなる凸パターン３
１ａ〜３１ｄを形成し、この上に、プラズマＣＶＤ法に
よる厚さ１．５μｍのＳｉ　Ｏｘからなる被膜層３２が
被着されている。その上に感光性ポリイミド樹脂を塗布
し、凸パターン３１ａ〜３１ｄなどの逆パターンに露光
・現像することによって第１の高分子樹脂層３６を形成
する。次いで平坦性の優れたポリイミド樹脂ＰＩＱ−６
０００（日立化成（株）商品名）からなる厚さ０．５μ
ｍの第２の高分子樹脂層３５を形成した。

次にＣｚ　Ｆ　ａに約３％のＯｘを混合したガスを用い
た反応性スパッタエツチングによってエッチバックを行
った。この時のエッチ速度はＳ　ｉ　Ｏ２のエッチ速度
が約２５０　ｎ　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎ　、第１．第２の
高分子樹脂層３６．３５共に約２００ｎｍ／ｍｉｎであ
った。第３図（ｂ）に示すように被膜層３２の厚さが０
．８μｍとなった時点でエッチバックを終了した。この
時残存膜厚のバラツキは±０．１５μｍと十分に小さか
った。また凸パターン３１ａ〜３１ｄの厚さは約０．９
μｍであった６次に酸素プラズマによって凸パターンを
除去し、第３図（ｃ）に示す様に、Ｓｉ基板３０に損傷
を与えることなく被膜層３２中に所定の孔や溝パターン
を形成した６ 実施例２〕 実施例１と同様に第３図（ａ）に示す様に高さ１μｍの
凸パターン３１．　ａ〜３１ｄ等を形成した上に厚さ０
．８μｍ厚のプラズマＣＶＤ法によるＳ　ｉ　Ｏ２から
なる被膜層３２を形成した６次にＡＺ１３５０　Ｊによ
ってパターニング形成し、２１０℃の熱処理を行って形
成した厚さ１μｍの第１の高分子樹脂Ｍ３６、同じく厚
さ０．５ｐｍのＡ　Ｚ　１３５０Ｊを塗布・熱処理する
ことによって第２の高分子樹脂層３５とした０次いで、
ＣＨＦ　ａに約４０％の０２を加えたガスを用いた反応
性スパッタエツチングによって表面をエツチングした。

　Ｓ３−Ｏｘを第１、第２の高分子樹脂層のエッチ速度
は共に約５０ｎｍ／ｍｉｎと、実施例１の場合の１７４
程度であったが、エッチバックの過程で凸パターン３１
ａ〜３１ｄ等が露出した後も凸パターンのエッチ速度は
約５５ｎｍ／ｍｉｎと、他の材料のエッチ速度と差が少
ない、エッチバック停止後に凸パターン３１ａ〜３１ｄ
を除去することによって第３図（ｃ）に示す様に残存膜
厚０．５±０．１μｍで被膜層３２を安定に加工するこ
とができた。

実施例３〕 第３図（ａ）に示す様に実施例１，２と同様なＳｉ基板
３０上に厚さ約１μｍのＡＱ−１％Ｓｉ合金による凸パ
ターン３１ａ〜３１ｄ等を形成し、実施例１と同様にし
て、第１．第２の高分子樹脂層３６．３５形成までを行
った０次にＣｘ　Ｆ　ｅガスに０２を３％混合したガス
を用いた反応性スパッタエツチングによってエッチバッ
クを行った。第３図（ｂ）に示す様に凸パターン３１ａ
〜３１ｄ等が露出した時点でエッチバックを終了した。

これによって被膜層中の所定位置にＡＱ−１％Ｓｉ合金
を埋め込むことが実現された。

以上に述べた実施例において、被膜層の形成法について
は、プラズマＣＶＤ法についてのみ述べたが、当然のこ
とながら他の絶縁物形成法や材料。

例えば、スパッタ法、バイアススパッタ法、減圧気相成
長法などによる５ｉＯｚやＳｉＮ、さらにはＡＱｘＯδ
など、凸パターンの耐熱性限界内の温度で膜を形成でき
る任意の方法を用いることが可能である。また被膜層と
しては絶縁物の他に、最後の凸パターン除去の際に被膜
層をエツチングしない方法が存在する限り、任意の材料
について適用できる。

さらに被膜層の形成法として、光励起化学気相成長法な
どの、１００℃前後の基板温度で膜形成可能な技術を用
いる場合は、凸パターン構成材料としてフォトレジスト
等の耐熱性の高くない樹脂を用いることもできる。さら
にエッチバック方法としてはフレオン系ガスを用いた反
応性スパッタエツチングの他のプラズマエツチング法や
反応性イオンビームエツチング法等も用いることができ
る。さらに不活性ガスを用いた通常のスパッタエツチン
グやイオンビームエツチング法等も用いることができる
。

なお実施例２では凸パターンをエツチングしない反応性
スパッタエツチング法を用いたが。

ＣＣＱ　ｚＦｚと酸素との混合ガス等を用いて、被膜層
と凸パターンとを同時にエツチングする条件を用いても
良い。

〔発明の効果〕

以上の本発明を用いることにより、従来の１／２程度の
厚さの高分子樹脂層を用νするだけで、＋分に表面が平
坦な平坦化・薄膜加工が可能とな−た。またエッチバッ
クの際に、凸パターンが早くエツチングされて、基板に
損傷を及ぼす危険性壱大幅に減少させることができた。

これらの効果番；゛よって基板に損傷を及ぼすことなく
、薄膜加工委行うことがＶＬＳＩレベルで可能となった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の加工状態を説明する断面［・第２図
は被加工物のエッチ速度を示すグラフ、１３図は本発明
の詳細な説明する断面図である。 第１図、第３図において １０　、３０．−・・基板、ｌｌａ〜ｌｌｄ、３１ａ〜
３１ｄ・・・凸パターン、１２．３２・・・被＋Ｓ層、
１８０．エッチバック後の表面、１４・・・第２の高分
子・脂層表面、１５．３５・・・第２の高分子樹脂層、
３６・・・第１の高分子樹脂層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に形成される金属や絶縁物などの薄膜を所定
   のパターンに加工する方法において、基板上の孔や溝な
   どの形成予定位置に、高分子樹脂や無機物からなる孔や
   溝に相当する凸パターンを形成する工程、該凸パターン
   上に所定の導電体又は絶縁物の被膜層を被着する工程、
   必要に応じて凸パターン上の被膜層の突出部以外の部分
   に大略第１の高分子樹脂の層を埋め込む工程、第２の高
   分子樹脂層を塗布形成して表面を平坦化する工程、第１
   、第２の高分子樹脂と被膜層と凸パターンとがほぼ等し
   い速度となる条件下で反応性又は非反応性スパッタエッ
   チング又はプラズマエッチングを行う工程（以下エッチ
   バック工程という）を含むことを特徴とする薄膜加工方
   法。 ２、特許請求の範囲第１項の方法において、凸パターン
   、被膜層、第１・第２の高分子樹脂のエツチ速度が相互
   に±５０％の範囲内にあることを特徴とする薄膜加工方
   法。 ３、特許請求範囲第１項の方法においてエッチバック条
   件として凸パターンのエッチ速度に対して被膜層のエッ
   チ速度が同等もしくはそれよりも大きい範囲を用いるこ
   とを特徴とする薄膜加工方法。 ４、特許請求の範囲第１項の方法において、凸パターン
   、第１・第２の高分子樹脂層とが同系統の耐熱性高分子
   樹脂からなることを特徴とする薄膜加工方法。