JPH03500227A - 金属を引上げる低温処理方法 - 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】 金属を引上げる低温処理方法 技術分野 本発明は、基板の面、すなわち半導体材料の面から金属／レジスト材料を低温引 上げ（１目ｔ−ｏｆｆ）する方法に関するものであり、電子部品の組立てに好適 なものである。

従来技術 パターン化された伝導性層は電子装置組立分野においてよく知られた様々な方法 により基板上に形成される。

減算エツチング法においてはブランケット導体層が基板に形成されたあと導体層 は不要部分を除去するためフォトマスクを介してエツチング処理される。このよ うな方法は、特に、例外的に小さな領域を有するＩＣ構造の組立てにおいて塗布 状態を制限してしまうという多くの欠点を有している。例えば付着された材料の 完全なエツチング除去を達成するためにはパターンは全体として少なくともわず かにオーバーエツチングされなければならず、これは特定の配線スペースの線幅 を減少させてしまうことになる。この問題はプラズマまたは反応性イオンエツチ ングを用いることにより少なくすることができるが、これらの方法は逆に解決す べき化学汚染の問題や放射破損の問題を招いてしまう。

これらの多くの欠点は、パターン導体層を形成する他できる。引上げ工程におい て、レジスト層が基板に付着され、パターン化され現像されて、レジストが導体 の被覆が必要でない基板の部分を被覆してしまう。一般的にレジスト層は基板の 被覆されない領域を画定するレジストパターン側壁がアンダーカット形状を有す るように露光現像される。次に金属導体層が前面に付着される。レジストの側壁 がアンダーカット形状を有すると、レジストの面上の金属層の部分が基板の被覆 されていない領域から不連続、すなわちレジストパターンエツジにおいて不連続 となる。金属層の不要部分すなわちレジストの面状の部分は、レジスト層の不要 部分が除去された下方のこれら２つの方法について、レジストを除去するのに化 学的、プラズマ式、反応イオンエツチング等の様々なエツチング方法よりも好ま しい場合があることがわかっている。引上げ方法により得られる導体プロフィー ルが必ｆしもエツチング構造の主たるアンダーカットの特徴を示すとは限らない ので、その後の電解または導体層における段付被覆の問題を減少できる。

引上げ方法の一例は米国特許第４．６６２．９８９号に示されている。従来より 知られておりまた上記米国特許において認識されているように金属層に対しての 従来のフォトレジスト引上げ方法は、所定の金属層が除去される前の浸漬工程に 長い時間がかかっている。その理由は、フォトレジストの表面が金属被覆層によ り保護されているので溶媒がレジスト側の比較的小さな領域を通してフォトレジ ストを通過しなければならないからである。

前述の米国特許によると、引上げ時間は金属に付加的材料層を塗布することによ り実質的に短縮でき、微細なりラックが追加の材料により生じ金属層および追加 の材料層に広がる。これらの微細なりラックは溶剤がフォトレジストに接触する 可能性を増大させ分解すべきフォトレジストに対する時間が短縮されることを意 味する。米国特許第４，６３１，２５０号は基板の表面から保護フィルムすなわ ち基板のエツチング中に用いられるマスクの除去方法を示している。特にそのフ ィルムは００２粒子を吹付けることにより除去される。この００２粒子は微細な 氷の粒子と混合されるものである。この方法は基板面からフォトレジストマスク を除去するのには適しているが表面のフィルムが金属及び金属／レジストの不連 続部分を有している場合には適していない。００２粒子を基板面に吹付けること は金属導体部と金属／レジスト部を除去してしまう欠点がある。

発明の開示 本発明は基板面から金属／レジスト材料を低温除去する方法に関するものである 。ここでは「金属／レジスト材料」とは本発明の方法により基板から吹き上げら れるレジスト層の上面の金属層をいう。本発明はマイクロ電子構造の製造におい て半導体材料の面から金属／レジスト材料を除去するのに例えば有効である。こ の方法はシリコンウェハー等の半導体等の基板構造の表面上の所定のパターンに おいてレジスト材料層をまず供給するステップを有している。基板は塗布された レジスト材の熱膨張係数とは異なるものを有している。この層は基板の被覆され ない面領域を画定しかつ被覆されない面領域の近くにアンダーカット側壁を有し ている。金属の第１の層はレジスト材の面に付着し金属の第２の層は基板の被覆 されない面領域に付着して層状体を形成している。この層状体は少なくとも金属 層、レジスト材層及び金属及びレジスト層を支持する基板の表面を有している。

金属は基板の面に付着塗布され前述の第１及び第２の部分が互いに接触しないよ うになっている。すなわちレジストの面にある金属層の第１の部分は基板の被覆 されない面領域にある層と不連続である。

この層状体は非常に低い温度の処理を受けレジスト層を基板の面から離脱させる 。この場合例えば液体窒素を層状体に適応する。

また本発明は上述の方法により製造される金属のパターン層を支持する基板に関 するものである。

本発明の低温引上げ方法を用いることにより不要な金属及びレジストが基板の面 から離脱される。上述のように従来の溶剤引上げ方法の潜在的な欠点は、その処 理有効時間が比較的長いことである。従来の溶剤引上げ方法は不要金属の領域が 多い場合不便でかつ商業上望ましいものではなかった。本発明によるとレジスト ／金属の広い領域（従来は溶剤に８時間浸漬しなければならなかった）が３０秒 程度の短い時間で除去されうる（実施例）。

このように本発明の方法の利点はレジスト／金属引上げ時間を実質的に短縮しく 数秒のオーダーまでの短縮）、費用及びサイクル時間を著しく低下させている。

従来の溶剤引上げ方法はアセトン等の溶剤を用いてレジストを溶解させレジスト 上面の不要な金属フィルムを基板から引上げることである。現場でアセトンが用 いられると作業者への配慮が必要となり廃棄の問題も生じる。

本発明の他の利点はこのような取扱上の問題を生じる溶剤を使わないことである 。本発明によるとレジスト層を基板面から除去する低温状態は液体窒素により達 成される。液体窒素は通常の低温材料の取扱いにみられる注意点は必要であるが 作業者の隔離や上述のアセトンの取扱いにみられるような問題点はない。

図面の簡単な説明 第１図、第２図及び第３図は、本発明による方法を示す図であり、第４図、第５ 図及び第６図は本発明の方法を用いた互いに接触する２つの金属層を支持する構 造体を製造する方法を示す図である。

発明を実施するための最良の形態 以下図面を参照して本発明を説明する。第１図、第２図及び第３図は本発明の実 施例を示している。第１図に示されるように、レジスト層１２は基板１０（半導 体材料、すなわち、シリコンとして示されている）の表面上に所定のパターンで 設けられている。レジスト１２は被覆されていない面領域１４を画定しかつ被覆 されていない面領域１４の近くにアンダーカット側壁１２’を有している。

本発明の方法により金属パターン層が塗布されるべき多くの基板材料は本発明の 内容から当業者にとっては明らかである。市場で有効なそのような材料の例とし ては、半導体材料、ガラス、サファイヤ及び研摩アルミナである。好ましくは、 基板材料は表面研摩を高程度に受けている。また、基板の熱膨張係数は塗布され たレジストとは異なっている。

本発明の基板として使用可能な半導体材料は、本発明の内容からＩＣ及びマイク ロセンサ技術における当業者にとって明らかである。その材料の例としてはシリ コン、ガリウム砒素及びりん酸インジウムリンである。半導体材料は一般的には 半導体工業で用いられているドーピングタイプのものである。例えばシリコンが 半導体材料として用いられるとそれはＰ型またはＮ型のドープシリコンである。

本発明によると基板は様々な形状を有しているが一般的には電子装置として用い られる場合、基板はウェハーであり、薄い円筒状エツジ面と２つの広い面を有す るディスク状または２つの広い面と４つの薄いエツジ面を有する矩形状である。

ウェハーの部分は完全ウェハーにかえて用いることもできる。好ましくは、電子 工業においては基板は（１００）または（１１１）配向の単結晶ウェハーである 。

上述のように第１図に参照番号１２で示される本発明のレジスト番号は基板１０ の表面に所定パターンとして設けられている。レジスト材料はエレクトロンビー ムレジスト及びフォトレジスト等を有するレジスト材の多くの公知のタイプから 選択される。フォトレジスト材料は多くの工業分野において用いられ塗布された 薄いフィルムとして基板面上に詳細なパターンを形成し、基板の他の面とは異な る性質の領域が形成される。このようなフォトレジスト材料は光反応性を有して おり化学放射の露光または紫外線照射等の特定のフォトレジスト材料に有効な他 のエネルギー源への露光後に特殊な液体溶剤に対して異なる反応性を有している ことにより特徴づけられている。パターンとしてのフォトレジスト層に用いられ る標準的な写真技術はエネルギー源にフォトレジスト層を選択的に露出させる前 にフォトレジスト層を基板に塗布する工程を有している。フォトレジスト層の一 部はエネルギー照射によりその性質が変化している。そのような露光後フォトレ ジスト層は液体化学溶剤を用いた湿式現像工！により現像され所定のパターンを 形成するためフォトレジストの一部が選択的に除去される。ネガテイブまたはポ ジティブフォトレジスト材料がこの目的のために必要となる。ネガティブフォト レジスト材料においてはエネルギー源に露光された層の一部はその化学性質が変 化され被露光部に対して重合され、所定のパターンを形成するときネガティブフ ォトレジスト層の露光されていない部分を除去する液体化学溶剤に対して非溶性 になっている。ネガティブ、フォトレジストの材料はＨｕｎｔ［ｌＮｌ１　（登 録商標、アパッチケミカル、ハント　ケミカル社、イリノイ州、セワード）であ る。

ポジティブフォトレジスト層においては状態は逆転し、エネルギー源に照射され た部分が液体溶剤に対して溶解し、照射されていない部分が非溶解性となり所定 のパターンに現像された後桟ることになる。このようなポジティブ７オトレジス ト材料の例は、５ｂｉｐｌｅ７１ＪＰ　１４７０（登録商標、５ｈｉｐｌｅｙ社 、マサチューセッツ州ニュートン）及びＭｇｃＤｅｒｍｉｄ　９１４　（登録商 標、マクダミラド社、コネチカット州ウォーターベリー）である。ポジティブフ ォトレジスト材料が本発明の方法に適している。

好ましくは本発明において、フォトレジスト材料は軟質硬化処理を受け、レジス ト材料は最大硬度以下でレジスト材料を除去するように低温度にて硬化する。軟 質硬化するフォトレジスト材料は、同じ温度で最大硬度にて硬化するフォトレジ スト材料よりもかなり低い温度にて本発明の基板面からより速く離脱する。

レジスト材のアンダーカット側面を形成することは当業者にとってよ（知られた 多くの方法により達成される。

アンダーカット構造を得る一例としては、大きく異なる溶解性を有する２つ以上 のレジスト層の被覆を用いることである。例えば電子ビーム照射後に現像剤が選 択され上層が下層の少なくとも１０倍遅く現像されるようにする。または２つの 互いに排他的な現像剤を用いて２つの層の連続的な現像を行なってもよい。これ らの２つの方法は本発明の金属の低温引上げに最適なアンダーカットレジスト形 状を得るのに近い結果が得られる。アンダーカットレジスト層を形成する別の方 法としてクロロベンゼン浸漬方法により露出前後にその表面が変形されたＵＶ照 射レジスト材の一層を用いてもよい。クロロベンゼンはレジスト層を変化させ現 像液における変化した層の溶解性を減少する。このようにしてレジスト層にアン ダーカット側壁が形成される。最後に述べた方法はＩＢＭ社のＭ、　ＢｘＥｗ＊ ｋｉｓ等による”５ｉＢＩｔ−３（ｃｐ　Ｏｐ目Ｃ１１Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ　Ｐｒ ｏｃｅ＠ｓ″に詳述されいる。（１９８０年、７月　第２４巻４号）。このよう な技術及び他の公知の方法は、本発明の方法によるアンダーカット側壁を有する レジスト材料の不連続層を設けるのに用いることができる。

第２図において基板１０の表面にアンダーカット側壁１２′を有するレジスト材 料１２の形成後に金属層が形成される。金属の第１の層はレジスト材１２の表面 に付着し、第２の金属層１Ｂは基板１０の被覆されていない面領域１４に付着し 層状体２０を形成する。金属は基板に充分に付着するものであればどんなもので もよい。本発明のこの層として用いられる金属の例は、アルミニウム、鉄、ニッ ケル、銅、鉛、銀、クロム、タングステン、すす、白金、モリブデン、金、及び その合金である。これらのうちの１つの金属または他の金属を選択することは本 発明の内容から当業者にとっては明らかである。このようにして選択された最適 金属は本発明を用いて製造されたデバイスの用途における電気的及び熱的伝導性 、融点、及び耐腐蝕性を考慮すべきである。

金属層は、金属の第１の層１６と金属の第２の層１８が互いに接触しないように 塗布される。金属は周知のスパッタリングまたは蒸着等の適当な技術により塗布 される。これらの技術は“Ｊｏｋｅ　’Ｌ、　ＶｅｓｓｅｎおよびＶｅｒ＋＋ｅ ｔＫｅｔｕ、　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｔｅｓｔ、　ニューヨーク、１９７８年” による′″Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌｍ　Ｐｔａｃｅｓｓｔｓ　’及び“Ｋ、　Ｌ、　Ｃ ｔｕ＋ｐｔｘ、　？グローヒル伯ジニ、ニーヨーク、１９６９４Ｆ−″による“ ＴｂｉｍＦｉ１ｍ＠Ｐｋｅｎｏｍｉｓ＊　”に教示されている。金属の第１の層 １６及び金属の第２の層１８は、レジスト層１２が本発明の方法により除去され ることにより金属の第１の層がレジスト層に付着したまま第２の層が影響を受け ないように互いに接触しないように塗布されている。この分野において周知の技 術により接触しないようにされた第１及び第２の層を形成するため、一般的には 金属層の厚さはレジスト層よりも厚くなくてはならない。電子デバイスにおいて は半導体基板に形成された金属層の厚さは一般的にほぼ０．１〜２ミクロンの間 である。本発明による金属層は特定の厚さに限定されるものでないが、その厚さ は前述のようにレジスト層の厚さに関連して最適に決定される。

第２図に示される金属層１８の断面形状は基板面上の源からスパッタリング好ま しくは蒸着等の周知の技術により形成される。このような技術を用いて、アンダ ーカットレジスト層１２は基板の被覆されていない面を全面は被覆しない第２の 金属層を形成するのに有効であるが、レジスト層１２のアンダーカットエツジに より露光された基板面の被覆されていない領域を被覆している。このため第２の 金属層１８はその近くのアンダーカット側壁１２′から離れることになる。前述 のようにこの形状は金属層を形成する技術としては周知なものであるが本発明は 必ずしもこのような第２の金属層１２の形状を必要とするものではない。第２の 金属層１２は前述のように基板面の被覆されていない全面を覆ってもよいしその 一部を覆ってもよい。また第２の層１２は、第２の金属層１８が第１の金属層１ ６と接触しない限り、レジスト層１２の側壁１２′と一部または全部が接触して もよい。

本発明の低温引上げ方法によると、基板面にレジストすなわち基板１００表面か ら引上げられるように充分な低温処理を受ける金属層、レジスト層及び基板の上 面は少なくとも層状体である。このように少なくとも金属層、レジスト層及び基 板の上面は充分な低温処理を受けレジスト層１２を基板１０の表面から離脱させ る。しかしながら本発明によると、低温処理を受ける金属層、レジスト層及び全 基板を層状体が含んでもよい。層状体に低温処理を与え、層状体が基板面から離 脱する方法は層状体に液体窒素を用いること等により低温を与えることである。

また層状体は冷却剤を用いて充分低温に保持することもでき例えばフロン、また は通常の冷凍溶剤、ドライアイス／メタノールを用いてもよい。そのような低温 の層状態を保持する方法は当業者にとって自明である。

上述のように層状体を充分低い温度に保持することにより、層状体と基板との間 の熱膨張係数の差によってレジスト層と基板との間に引張りクラックが生じる。

低温に対してレジスト層が保持されることによりもろくなるとも考えられる。こ のような２つの相乗効果により離脱、破壊及びレジスト層の基板からの分離が達 成される。基板面からレジスト層をはく離する理論は進歩しているが本発明にと うてそのような理論もしくは有効性はあまり問題でないと考えられる。

層状体が引上げ処理を受けたあと基板上に残るものは第３図に示されるような第 ２の金属層１８のパターンである。

本発明は以下の詳細な公的実施例により理解される。

本発明はこの実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。

〈実施例１〉 この実施例は本発明の引上げ方法に関するものである。

４インチ径（１０，１６ａｏ）のＰ型の（１１１）シリコンウェア（はぼ６２０ ミクロンの厚さを有する）が５０％Ｈ２Ｏ２−５０％Ｈ２Ｓ　Ｏ４溶液で洗浄さ れた。ウェハーはへキサメチルジシラゼイン（ＨＭＤＳカップリング剤）で５０ ００　ｒｐｍでまずスピンコードされレジスト層として５ｋｉｐｌｅ７１４７０ 　（登録商標５ｂｉｐｌｅ７社、マサチューセッツ州、ニュートン）で３５００ 　ｒｐｍのスピンコードを受け２ミクロンの厚さのフォトレジスト層が形成され た。ウェハーは１５分間７０°でソフトベイクされ続いて５分間１００％クロロ ベンゼンに浸漬されたフォトレジストは９　、　５　ｍ　Ｗ　／　ａｎ　２で９ 秒間マスクアライナ−を用いてパターンに露光された。このパター°ンは２分間 １：１の水：　Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ　Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ　Ｍ　Ｆ　−３１２ （登録商標、Ｓ　ｂ　ｉ　ｐ　ｌ　ｅ　７社、マサチューセッツ州、ニュートン ）溶液で現像された。このウニノー−は乾燥されアルミニウムターゲットを有す る電子ビーム蒸着機の衛星装置に移さ屯た。アルミニウムの１ミクロン厚さのフ ィルムがウェハー／レジスト材に付着された。真空装置から除去したあと、メタ ルウエノ１−は液体窒素にほぼ５秒間浸漬され、を除去中アルミニウムの所定の 形状がウニノ１−上に明らかになりアルミニウムの不要な部分がウニ／Ｘ−面か ら離脱されるフォトレジストに付着する液体窒素浴の後ろに残された。

〈実施例２〉 この実施例においては構造体は２つの金属層をサファイヤ基板上に有しており、 エツチング工程により形成されアルミニウムの第１の層を形成し、さらに、第１ の層と接触するパターン化されたニッケルの第２の層が形成された。第４図に示 されるように、アルミニウムの第１の金属層２２は、周知の多くの技術のひとつ によりポジティブフォトレジスト、現像剤及び不要なアルミニウム除去剤を用い たサファイヤ基板２４上のエツチングにより付着された。ニッケルの第２の金属 層は次に本発明の方法により塗布される。特に、第５図に示されるように、レジ スト層２６は、露光された基板の領域を残した基板面のパターンに形成された（ この場合、基板はサファイヤ基板２４の部分とアルミニウム金属層２２の部分を 有していた）。ニッケル層はデバイスを全体的に覆う電子ビーム蒸着する方法に より付着された。このデバイスは液体チッ素浴に接触された。レジスト層及びそ の上のニッケル層は、本発明の方法により基板面から離脱され、第６図に示され たように接触する２つの金属層の後に残った。

上述のように本発明の範囲において多くの変形が可能なことは当業者にとって自 明であり、前述の実施例に限定されるものであることはいうまでもない。

国際調査報告

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．基板の表面からメタル／レジスト材料を低温引上げする方法において、基板 の表面上に所定のパターンでレジスト材料の層を提供し、前記基板が前記抵抗材 料の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有し、前記層が前記基板の被覆されてい ない面領域を画定し、かつ前記被覆されていない面領域の近くにアンダーカット 側壁を有し、金属層を提供し、前記金属の第１の部分が前記レジスト材料の面に 付着し、かつ前記金属の第２の部分が前記基板の前記被覆されていない面領域に 付着し、前記金属が前記基板の前記面に付着し、前記第１及び第２の部分が互い に接触せず、前記層状体に充分な低温度を与え前記レジスト層が前記基板の前記 面から離れるようにした低温引上げ方法。
2. ２．前記レジスト材料がポジティブフォトレジスト材料及びネガティブフォトレ ジスト材料から選択される請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．前記基板が半導体材料である請求の範囲第１項記載の方法。
4. ４．前記半導体材料がシリコン、ガリウム砒素及びインジウム・リンから選択さ れる請求の範囲第３項記載の方法。
5. ５．前記基板が単結晶シリコンウエハーである請求の範囲第４項記載の方法。
6. ６．前記金属がアルミニウム、鉄、ニッケル、銅、鉛、銀、クロム、タングステ ン、すず、白金、モリブデン、金、及びその合金から選択されたものである請求 の範囲第１項記載の方法。
7. ７．前記金属の層が蒸着及びスパッタリング方法から選択された方法により形成 される請求の範囲第１項記載の方法。
8. ８．前記層状体が低温にさらされ前記レジスト層が前記基板の前記面から離脱す る請求の範囲第１項記載の方法。
9. ９．前記層状体が液体窒素にさらされ前記レジストー層が前記基板の前記面から 離脱する請求の範囲第８項記載の方法。
10. １０．その面上に金属のパターン化された層を有する基板であって、前記基板の 表面上に所定のパターンでレジスト材料の層を提供し、前記基板が前記抵抗材料 の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有し、前記層が前記基板の被覆されていな い面領域を画定し、かつ前記被覆されていない面領域の近くにアンダーカット側 壁を有し、金属層を提供し、前記金属の第１の部分が前記レジスト材料の面に付 着し、かつ前記金属の第２の部分が前記基板の前記被覆されていない面領域に付 着し、前記金属が前記基板の前記面に付着し、前記第１及び第２の部分が互いに 接触せず、前記層状体に充分な低温度を与え前記レジスト層が前記基板の前記面 から離れるようにした基板。
11. １１．前記レジスト材料がポジティブフォトレジスト材料及びネガティブフォト レジスト材料から選択される請求の範囲第１０項記載の基板。
12. １２．前記基板が半導体材料である請求の範囲第１０項記載の基板。
13. １３．前記半導体材料がシリコン、ガリウム砒素及びインジウム・リンから選択 される請求の範囲第１２項記載の基板。
14. １４．前記基板が単結晶シリコンウエハーである請求の範囲第１３項記載の基板 。
15. １５．前記金属がアルミニウム、鉄、ニッケル、銅、鉛、銀、クロム、タングス テン、すず、白金、モリブデン、金銀及びその合金から選択されたものである請 求の範囲第１０項記載の基板。
16. １６．前記金属の層が蒸着及びスパッタリング方法から選択された方法により形 成される請求の範囲第１０項記載の基板。
17. １７．前記層状体が低温にさらされ前記レジスト層が前記基板の前記面から離脱 する請求の範囲第１０項記載の基板。
18. １８．前記層状体が液体窒素にさらされ前記レジスト層が前記基板の前記面から 離脱する請求の範囲第１７項記載の基板。