JPH01239931A - 炭素膜の形成された電子装置の作製方法 - 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】 熱伝導度２．５Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ以上の炭素または炭素
を主成分とする被膜（以下単に炭素膜という）を選択的
にプラズマエツチングすることによる電子装置作製方法
に関する。

「従来技術」 炭素膜のコーティングに関しては、本発明人の出願にな
る特許願ｒ炭素被膜を有する複合体およびその作製方法
１　（特願昭５６−１４６９３６　　昭和５６年９月１
７日出ＩＮ）が知られている。しかしこれらは炭素膜の
成膜に関して述べられているのみであり、この炭素また
は炭素を主成分とする被膜の選択的なエツチングに関す
るものではない。

「従来の問題点」 さらにこのエツチングを微細加工が容易なドライエツチ
ング方法、特に好ましくはプラズマエツチングを応用す
ることの可能性はまったく知られていない。そしてこの
炭素膜は特に耐薬品性が強く、また硬度が大きいため、
エンチングすることは不可能と思われていた。

しかし炭素膜の工業的応用を考えると、選択エツチング
方法の確立はきわめて重要なものである。

本発明はかかる目的を解決するためになされたものであ
る。

「問題を解決すべき手段」 本発明は、基板または基体（基板上に電気配線等が設け
られた全体）上に炭素または炭素を主成分とする被膜を
形成し、この被膜上にプラズマ化した弗化物気体に対し
てブロッキング作用を有するマスクを配設し、このマス
ク被膜のない領域の炭素膜をプラズマ化した弗化物気体
により選択的にエツチング除去せんとするものである。

本発明は、エチレン、メタンのような炭化水素気体を直
流または高周波、特に固体側に正の直ｉ’ＪＥバイヤス
を加えた高周波電界によりプラズマを発生させた雰囲気
中に導入し、分解せしめることによりｓｐ”混成軌道を
有するＣ−Ｃ結合を作り、結果として、グラファイトの
ような非透光性の導電性または不良導電性の炭素を作る
のではなく、作製条件により求められた光学的エネルギ
バンド中（Ｅｇという）が１．ＯｅＶ以上、好ましくは
１．５〜５．５ｅＶを有するダイヤモンドに類似の絶縁
性の炭素または炭素を主成分とする被膜を形成する。

本発明に用いる炭素は、その硬度もピンカース硬度が２
０００Ｋｇ／ｍｍ　２以上、好ましくは４５００Ｋｇ１
０＋ｍ２以上、理想的には６５００Ｋｇ／ｍｍ２という
ダイヤモンド類似の硬さを有する、または熱伝導度が２
．５Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ以上好ましくは４．０〜６．ＯＷ
／ｃｍ　ｄｅｇを有するアモルファス（非晶質）または
５〜２００人の大きさの微結晶性を有するセミアモルフ
ァス（半非晶質）構造を有する炭素またはこの炭素中に
水素、ハロゲン元素が２５原子％以下または■価または
７価の不純物が５原子％以下、また窒素がＮ／Ｃ≦０．
０５の濃度に添加されたいわゆる炭素を主成分とする炭
素（以下本発明においては単に炭素という）を固体上に
設けた複合体を設けんとしたものである。

本発明は、さらにこの炭素膜に対し、酸素（０２）。

大気（酸素、窒素混合気体）、ＮＯｎ、ＮＯｘ、ＮｚＯ
，酸素と水素との混合気体、水等の弗化物気体をプラズ
マ反応装置内に導入し、好ましくは炭素膜を形成した反
応装置と同じ反応装置内に導入し、この装置内に予め配
設されたエツチングがされるべき基体上のマスクのない
部分の炭素膜をプラズマエツチングをして除去する。

本発明は、かくしてマイクロエレクトロニクス用の集積
回路等が半導体中に作られた基板上のボ　“ンディング
パッドまたは電気配線が形成されている基体上に炭素膜
を形成し、炭素膜を選択エツチングして用いたものであ
る。

、：、　　　　　　　　以下に図面に従って本発明の作
製方法を記す。

「実施例１」 第１図は本発明を実施するための炭素または炭素を主成
分とする被膜を形成するため、およびかかる被膜を選択
的にエツチング除去するためのプラズマＣＶＤ装置およ
びプラズマエツチング装置即ちプラズマ処理装置の概要
を示す。

図面では、ガス系（１０）において、キャリアガスであ
る水素を（１１）より、反応性気体である炭化水素気体
、例えばメタン、エチレンを（１２）より、炭素膜のエ
ツチング用気体である弗化物気体、例えば弗化物（ＮＦ
Ｉ）または六弗化硫黄（３Ｆ６）等の弗化物気体のエツ
チング気体を（１３）より、またフォトレジスト等の有
機樹脂および炭素膜とを同時に除去するため、または有
機樹脂を除去するため、酸素を（１４）よりバルブ（２
８）、流量計（２９）をへて反応系（３０）中のノズル
（２５）　、　（２５’　）に導入する。

反応系（３０）では、反応室（６）、ロード、アンロー
ド用の予備室（５）を有し、その間にはゲイト弁（６）
を有する。処理される基板または基体（１）は、予備室
（５）よりゲイト弁（６）を開として反応室（・１）に
至り、さらにゲイト弁（６）を閉とした後、反芯室にて
減圧下にて炭素膜の成膜または炭素膜のエツチング処理
を行う。反応室（４）では第１の電極（２）およびその
補助電極（２°）、被形成面または被エツチング面を具
備する処理用基板（１）、第２の電極（３）を有し、一
対の電極（２）　、　（３）間には、高周波電極（１５
）　、マツチングトランス（１６）　、直流バイヤス電
源（ＩＩ）より電気エネルギが加えられ、プラズマ（４
０）が発生する。反応性気体のより一層の分解を行うた
めには、２．４５ＧＩＩｚのマイクロ波で励起室（２６
）にて２００會　　〜２ＫＷのマイクロ波励起を与える
。すると活性の反応性気体の量を増やすことができ、炭
素の成膜速度を約５倍、炭素の酸素によるエツチング速
度を約４倍に向上することができた。

これらの反応性気体は、反応空間（４０）で０．０１〜
ｌ　ｔｏｒｒ例えば０．１　ｔｏｒｒとし、高周波によ
る電磁エネルギにより５０Ｗ〜５ＫＷのエネルギを加え
られる。

直流バイヤスは、被形成面上に一２００〜６００Ｖ　（
実質的には一４００〜÷４００Ｖ）を加える。なぜなら
、直流バイヤスが零のときは自己バイヤスが一２００Ｖ
　（第２の電極を接地レベルとして）を有しているため
である。

成膜用の反応性気体は、例えばメタン：水素−１：１と
した。第１の電極（２）の裏側には、例えば冷却または
加熱手段（９）を有し、基板温度を１５０〜−１００°
Ｃに保持させる。かくしてプラズマ（４０）により被形
成面上にビッカーズ硬度２０００Ｋｇ／ｍｍ”以上を有
する、または／および、熱伝導度２．５Ｗ／ｃｍ　ｄｅ
ｇ以上のＣ−Ｃ結合を多数形成したアモルファス構造ま
たは微結晶構造を有するアモルファス構造の炭素を生成
させた。さらにこの電磁エネルギは５０Ｗ〜ＩＫｋを供
給し、単位面積あたり（１，０３〜３Ｗ／ｃｍ２のプラ
ズマエネルギを加えた。成膜速度は、１００〜１０００
Ａ／分を有し、特に表面温度を一５０〜１５０°Ｃとし
、直流バイアスを＋１００〜３００ｖ加えた場合、その
成膜速度は１００〜２００＾／分（メタンを用いマイク
ロ波を用いない場合）　、５００−１００ＯＡ／分（メ
タンを用いマイクロ波を用いた場合、またはエチレンを
用いマイクロ波を用いた場合）を得た。これらはすべて
ビッカーズ硬度が２０００Ｋｇ／ｍｍ　”以上を有する
条件のみを良品とする。もちろんグラファイトが主成分
（５０％以上）ならばきわめて柔らかく、かつ黒色で本
発明とはまったく異質なものである。

この反応生成物は基体（１）上面に被膜として形成され
る。反応後の不要物は排気系（２０）よりターボ分子ポ
ンプ（２２）、ロータリーポンプ（２３）を経て排気さ
れる。反応系は、０．００１〜１０ｔｏｒｒ代表的には
０．０１〜０．５ｔｏｒｒに保持されており、マイクロ
波（２６）、高周波のエネルギ（１５）により反応系内
はプラズマ状態（４０）が生成される。特に励起源がＩ
　Ｇ　ＩＩ　ｚ以上、例えば２．４５ＧＨｚの周波数に
あっては、Ｃ−Ｈ結合より水素を分離し、さらに高周波
源が０．１〜５０　Ｍ　Ｈｚ例えば１３．５６ＭＨｚの
周波数にあっては、Ｃ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合を分解し、
Ｃ−Ｃ結合または−Ｃ−Ｃ−結合を作り、炭素の不対結
合手同志を互いに衝突させて共有結合させ、安定なダイ
ヤモンド構造を局部的に有した構造とさせ得る。

かくして半導体（例えばシリコンウェハ）上に炭素特に
炭素中に水素を２５モル％以下含有する炭素またＰ、■
またはＮ型の導電型を有する炭素を主成分とする被膜を
形成させることができた。

「実施例２」 第２図は実施例１の作製方法によって得られた炭素（３
４）がコーティングされた基体上にブロッキング機能を
有するマスク（３５）を選択的に設け、このマスクを用
いてその下側の実施例１で予め作られた炭素膜（３５）
を選択エッチじた例を示す。基板（３１）の温度は室温
とした。

第２図において、マスク（３５）として絶縁膜としては
有機樹脂を印刷法で、またはフォトレジストをフォトリ
ソグラフィ法にて基板または基体（３１）上の炭素膜（
３４）上に選択的に公知の方法にて形成した。

さらにこのマスクを含めてこれら全体を第１図ノプラズ
マ処理゛装置、この場合はプラズマエツチング装置内に
配設し、弗化窒素（１３）をガス系（１０）より導入し
た。そして高周波電界を一対の電極（３）。

（２）間に加えた。すると電圧０，０１〜１ｔｏｒｒ例
えばＱ、ｌ　ｔｏｒｒにして高周波出力３００ｋにて３
５０人／分のエツチング速度にて炭素膜をエツチングす
ることができた。この圧力を０．０５ｔｏｒｒとすると
、そのエツチング速度は２７０人／分に減少した。

その結果、スループットを上げ、量産性に優れたもので
あった。

エツチング処理の後、マスクを除去し選択的に炭素膜（
３４−１）　、　（３４−２）　、　（３４−３）を設
け、結果として第２図（Ｂ）を得た。即ち、基板（３１
）上に選択的に炭素膜（３４）がコーティングされた基
体とすることができた。

「実施例３」 第３図は本発明の他の実施例を示す。

第３図において、基板例えばシリコン基板（３１）上に
絶縁膜例えは酸化珪素膜（３７）が窓あけをして設けら
れている。さらにアルミニウム、不純物が添加されたシ
リコンまたは金属化シリコン、銀、酸化物超伝導材料等
の電気配、ｖ！（３２）が公知のパターニング方法によ
り作られている。この後、この上に電気リークを防ぐた
めの絶縁膜例えば酸化珪素膜、リンガラスまたは窒化珪
素膜（３３）を０．１〜１μｍの厚さに形成した。これ
は炭素膜の固有抵抗が１０８〜１０１２Ωｍと比較的低
いため、電気配線間のリーク電流が発生しやすい。この
リーク電流の程度が問題となる場合は酸化珪素（比抵抗
ＩＱＩＳ〜１０１７Ωｍ）を電気配線上に形成し炭素膜
が直接電気配線上に接しないようにすることが有効であ
る。さらにこの上に実施例１に従い０．１〜２μｍの厚
さ、例えば０．５μｍの厚さに炭素膜（３４）を形成し
た。

この上に弗化物気体のプラズマ雰囲気でエツチングして
炭素膜（３４）を除去すべき領域を除いて他部にマスク
を設けた。この図面ではボンディングパッド上の炭素膜
を除去する例を示す。

このマスクとして、この実施例では有機樹脂を用いた。

その１例として、これらの上部にフォトレジストを設け
た。

このフォトレジストは、プラズマ化した弗化物気体に対
して十分なブロッキング効果を有する。

次にこれら反応室内全体をプラズマ化した弗化物気体に
置き換え、気体上部全体をエツチング処理する。すると
このプラズマ化した弗化物気体により窓（３６）での炭
素を除去することができた。

第３図（Ｂ）はフォトレジストをマスク（３５）として
その下の窓（３６）での炭素（３４）を除去したもので
ある。さらにこの作業を続けることにより窓（３６）の
上側の酸化珪素（３３’）をエツチング除去した。

第３図（Ｃ）はこれらの処理の後、マスク（３５）をプ
ラズマの気体を酸素を第１図における（１４）より導入
してアッシングをして除去をした。この酸素は炭素に関
してもエツチング効果を有するため、炭素上に酸化珪素
膜を炭素膜のエツチング防止用に薄く形成しておくこと
は有効である。もちろんフォトレジストをラエット除去
する場合に炭素はきわめて耐薬品性が強いため酸化珪素
等は不要である。

かくして、本発明の炭素膜のコーティングの後、ウェハ
のプローブテストを行い、さらにそれぞれのＩＣチップ
にするため、スクライプ、ブレイク工程を経て、各半導
体チップが上面に炭素膜がコートされた構成をグイボン
ディング、ワイヤボンディングして完成させた。

［実施例４ｊ この実施例は、第４図において電気配線を導体（３２）
と他の電気配線（３３）とに設けた場合の例を示す。そ
して炭素膜（３３）を半導体集積回路が予め形成された
シリコンウェハ（３１）の上表面に第４図に示す如く形
成した。

即ち、基板（３１）上に絶縁膜、例えば酸化珪素絶縁膜
（３７）、電気配線（３２）および（３３）、炭素膜（
３４）を有する。この場合、ボンディングパッドまたは
電気配線はアルミニウム、不純物がドープされた珪素、
金属珪化物とした。また導体のブロッキング層は金、白
金、クロム、珪素（不純物がドープされた珪素）、金属
珪化物または酸化物超伝導セラミックス等の酸化して絶
縁物とならないものとした。

即ち、例えばシリコンウェハの上面に電気回路（３２’
）および（３３）でバットおよび電気配線を形成した後
、その上に本発明の炭素膜を０．１〜２μｍの厚さ、例
えば０．５μｍの厚さに形成した。さらに実施例３に示
す如く、選択除去用マスクを選択的に設け、酸化物気体
のプラズマエツチングにより炭素膜を例えばボンディン
グパッド部または多層配線の連結部を選択的に除去した
。そして金属バットを露呈させた。さらにマスクを除去
した。

そして炭素膜をファイナルコート膜としてＩＣチップの
上面に構成させた。

かくすると、炭素膜の高い熱伝導性のため、パワートラ
ンジスタ等により局部加熱された熱を速やかに全体に広
げることができ、局部的に電気物性が劣化または低下す
ることを防止できた。

加えて、ナトリウムイオンに対するブロッキングも可能
となった。

「実施例５」 第５図は本発明の他の実施例である。この図面において
は、ガラス基板またはグレイズドセラミック基板等の絶
縁基板上に印刷法またはフォトエツチング法により電気
配線（３２）を形成した。この基板には予め発熱体、セ
ンサ等が設けられていてもよい。さらにこれらの全面に
実施例１に示す如く、炭素または炭素を主成分とする被
膜（３４）を０．２〜２μｍの厚さに形成した。この後
、金属マスク（４１）を用いて開口部（３６）を除き他
部を覆った。そしてこれらを実施例２に示す如く、弗化
物気体のプラズマ雰囲気内に配置した。すると金属マス
ク、例えばステンレスマスク厚さ５０〜５００μｍに設
けられた開口部（３６）の炭素膜を選択的に除去するこ
とができた。

本発明において、この炭素膜上に他の第２の電気配線を
形成してもよい。また炭素または炭素膜を形成した後、
電気配線を形成する方法でもよい。

いずれにおいても、電気配線部での発熱を速やかに全面
に拡散し、局部的昇温を防ぐことができる。

「実施例６」 第６図は本発明の他の実施例である。主たるプロセスは
実施例３に従った。

第６図は基板（３１）、絶縁膜（３７）、第１の電気配
線（３２）およびそのコンタクト（電気配線の連結部）
（３８）を有する。これら全体に第１の炭素膜（３４）
を実施例１に従いコートした。そしてこの後、実施例２
のプラズマエツチング方法により、他の開口（３８°）
、（３Ｂ”）をあけた。開口（３８”）は炭素膜の選択
エツチングによる多層配線間の相互連結であり、開口（
３８’）は基板（３１）との連結用である。さらに第２
の電気配線（３２″）をスパッタ法等でアルミニウムの
成膜等により形成した。さらにこれらの上に他の第２の
炭素膜またはその他のパッシベイション膜（３９）を形
成した。そしてボンディングパッド部の開口部（３６）
を開けたものである。

この場合、炭素膜（３４）は第２の電気配線の下側に設
けられており、この炭素膜は外部よりのナトリウム等の
基板内への侵入を防ぐことができた。

そして基板内でのパワートランジスタ等の大電流動作に
よる局部発熱を防ぐことができた。また第２の電気回路
は上下両面を炭素膜で取り囲み、他の絶縁膜と接触され
ない状態とすることもできる。

「効果」 本発明方法により、化学的にきわめて安定な炭素膜の選
択エツチングが初めてできたため、半導体集積回路等の
ファイナルコーティング等の層間絶縁膜に用いることが
できた。またサーマルへ・ンドその他の表面をこすって
走行する電気用部材にきわめて有効である。特にこの炭
素膜は熱伝導率が２．５Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ以上、代表的
には４．０〜６．ＯＷ／ｃｍｄｅｇとダイヤモンドの６
．６Ｗ／Ｃｍ　ｄｅｇに近いため、高速テープ状キャリ
ア走行により発生する熱、ＩＣの中の局部大電流の発生
による発熱を全体に均一に分散して逃がし、局部的な昇
温およびそれに伴う特性劣化、特性低下を防ぐことがで
きるため、耐摩耗性、高熱伝導性、炭素膜特有の高平滑
性等多くの特性を併用して有効に用いている。

本発明において、電気回路に用いる酸化物超伝導材料と
して（Ａ、−、Ｂｘ）ｙｃｕｚｏｗ　ｘ　＝０．３　”
１＋　）’　＝２〜４．ｚ＝１．５〜３．５．Ｗ＝４〜
１０で示され、Ａとしては元素周期表ｍａ族、Ｉｂ族、
Ｖａ族、ｖｂ族の元素の１つまたは複数種よりなり、Ｂ
としては元素周期表ＩＩａ族の元素の１つまたは複数種
よりなる高温超伝導材料がその代表例である。例えばＢ
１１５ｒＩＣａｌＣｕ２〜ｉｏ４””＋ｏ＋ＹＢａｚＣ
ｕ３０ａ〜ｅ＋Ｙ＋、５Ｂｉｏ、　　ｓＳｒ　＋Ｃａ　
、ｃｌｌ　ｚ〜３０４　　〜　Ｉ　０１８ｊ　＋　Ｓｒ
　Ｉ　Ｍｇｏ、　　５Ｃａｏ、　　５Ｃｕ２〜ｘＯａ　
〜ｔｏ＋Ｂｉｏ、５Ａ１ｏ、ｓＳｒ＋Ｃａ＋Ｃｕｚ〜：
＋Ｏａ　〜ｔｏ等を上げることができる。これらの材料
はＡＩ、Ｃｕ、Ａｕ等と同様に電子ビーム蒸着法、スパ
ンタ法、光ＣＶＤ法、レーザＰｖＤ法を用いて実施例３
〜６の電気回路用薄膜とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭素または炭素を主成分とする被膜の
成膜またはエツチングを行うための装置の概要を示す。 第２図、第３図、第４図、第５図および第６図は本発明
の実施例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上方に電気配線またはボンディングパッドを形
   成する工程と、該電気配線または該ボンディングパッド
   上に炭素または炭素を主成分とする被膜を形成する工程
   と、前記ボンディングパッド上または前記電気配線の連
   結部の如き不要部の前記炭素または炭素を主成分とする
   被膜を選択的に除去するため、弗化物気体に対するブロ
   ッキング効果を有するマスクを配設してプラズマ化した
   弗化物気体により不要部の炭素または炭素を主成分とす
   る被膜を選択的に除去する工程とを有することを特徴と
   する炭素膜の形成された電子装置の作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、ブロッキング層は
   有機樹脂、酸化珪素、窒化珪素またはこれらの複合化し
   た被膜または金、白金、クロム等の耐酸化性金属よりな
   ることを特徴とする炭素膜の形成された電子装置の作製
   方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、プラズマ化する弗
   化物気体は六弗化イオウ（ＳＦ＿６）、弗化窒素（ＮＦ
   ＿３等）、弗化炭素（ＣＦ＿４ＣＨ＿２Ｆ＿２）または
   これらの複合気体よりなることを特徴とする炭素膜の形
   成された電子装置の作製方法。