JPS6030101B2 - パタ−ン形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は基板に形成された任意形状の凹部に選択的に金
属または絶縁物を埋設することによってパターンを形成
する方法に関するものであって、その特徴とするところ
はポジ型感光性樹脂と同ポジ型感光性樹脂の溶剤に溶解
しない材料よりなる層の２層構造にある。

まず従来例を説明する。半導体基板あるいは絶縁性基板
上に光蝕刻技術を用いパターン形成を行ない、さらに拡
散技術を用いて不純物拡散を行なって、所望の特性を有
する受動素子あるいは能動素子を前記半導体基板あるい
は絶縁性基板上に形成せしめ、いわゆるＩＣ、偽１等を
構成できる。このようなＩＣ、は１において前記半導体
基板あるいは絶縁性基板に設けた凹部のみに選択的に金
属あるいは絶縁物層を埋設し、特長あるＩＣ、ＬＳＩを
構成する試みがなされてきた。たとえば第１図に示す如
く基板１に凹部２を形成し（第１図ａ）、絶縁物層また
は金属層３をスパッタ一、蒸着等の手段により形成し（
第１図ｂ）、凸部４の前記絶縁物層または金属層３を除
去すれば図ｃの如く、凹部２に埋設された金属または絶
縁物層３のみが残ることになる。このようにして形成し
たパターンの応用例として第２図の如く絶縁分離がある
。ェピタキシャル成長層５を有する半導体基板６に前記
ェピタキシャル成長層５に達する深さまで例えばＳｉ０
２あるいは多結晶シリコン７が埋設されており、素子が
形成されている領域はお互いに前記Ｓｉ０２あるいは多
結晶シリコン７によって絶縁分離される。８はＳｉ０２
膜、９は電極配線膜アルミニウム層である。

従来前記した凹部に選択的に金属あるいは絶縁物を埋設
する方法として下記のごとき例がある。

従来例 １（第３図）半導体あるいは絶縁物等の基板１
１上にネガ型感光性樹脂あるいはポジ型感光性樹脂によ
り形成した樹脂パターン１２をマスクとして、前記半導
体あるいは絶縁物等の基板１１を腐蝕する液またはガス
によって凹部１３を設ける（図ｂ）。

次いで前記基板１１に設けた凹部１３に埋設すべき、Ｓ
ｉ０２層あるいは金型膜１ ４をスパッタ一法、黍着法
等により形成する（図ｃ）。この状態において前記Ｓｉ
０２層あるいは金属層１ ４は前記基板１１に設けた凹
部と樹脂パターン１２上に付着させることになる。次に
前記樹脂パターン１２を溶解する溶液に浸せば、前記樹
脂パターン１２が除去されると同時に樹脂パターン１２
上のＳｉ０２層あるいは金属層１４も除去され図ｄの如
く、基板１１の凹部のみにＳｉ０２層あるいは金属層１
４が埋設されることになる。従来例 ２（第４図） 基板２１に光蝕刻法を用いて凹部２２を設け（図ａ）、
Ｓｉ０２あるいは金属層２３を蒸着法、スパッタ一法等
で付着せしめる。

この状態を図ｂに示す。次いで感光性樹脂２４を塗布し
、前記感光性樹脂２４に発生したピンホールを利用して
、前記Ｓｉ０２あるいは金属層２３を腐蝕する溶液に示
すことによって、基板２１の凸部に形成された層２３は
除去され空洞２５が発生する（図ｄ）。すなわち第３図
ｄと同じ状態を形成することができる。従来のこのよう
なパターン形成方法にあっては例えば従来例１では金属
あるいは絶縁膜を直接、樹脂パターン上に付着せしめる
ために、前記金属層を形成する工程が樹脂パターンの劣
化する温度以上であれば正常なパターン形成はできない
。

また絶縁膜がＳｉ３Ｎ４、多結晶シリコン等にあっては
それらの生成温度は３００つ０をはるかに越えるため、
樹脂はすでに分解され、パターン形成は不可能となる。
すなわち樹脂の耐熱温度約３００ｑｏ以下で前記絶縁膜
、金属膜を形成せねばならないため、この方式で形成で
きる絶縁膜、金属膜にも限定があり実用的でない。また
、従来例２は従来例１を改良したもので、第４図ｂの如
く金属膜あるいは絶縁膜の形成が終ってから感光性樹脂
２４を塗布するのであるから、前記金属膜あるいは絶縁
膜の形成条件に制約を受けることがないが、基板２１の
凸部に形成された感光性樹脂２４のピンホールを利用し
、金属膜あるいは絶縁膜２３を除去する。

このために次のような問題があった。すなわち腰２３の
厚さは除去すべきパターン幅に比べて著しく小さく、ま
た、前述した樹脂２４に発生したピンホールは第５図に
おいて角２６に発生しやすい。このために膜２３は側面
から除去されるが、パターン幅が広い場合には第５図ａ
の如く凸部の中心部には膜２３′が残り、樹脂２４を除
去しても第５図ｂの如く、正常なパターン形成ができな
い。また膜２３を除去する液に長時間浸して置くと第６
図ａの如く樹脂２４の一部が破損され膜２３が徐々に除
去されるが、結果的には第６図ｂの如く膜２３が残って
しまい不完全なパターンを形成することになる。本発明
はかかる欠点を完全に除去し、確実なるパターン形成方
法に関するものである。

次に本発明の構成について述べる。本発明の構成のポイ
ントは最初にポジ型感光性樹脂を塗布し、次いでネガ型
感光性樹脂等のポジ型感光性樹脂の溶剤に熔解しない材
料よりなる層を前記ポジ型感光性樹脂よりも著しく薄く
塗布し、基板全面に光を当て、次いでポジ型感光性樹脂
の現像液中もしくは溶液中に浸し、不要のポジ型感光性
樹脂を完全に除去し、除去すべき絶縁膜あるいは金属膜
の面を完全に露出させることにある。

次に本発明の構成をわかりやすくするために実験データ
を明示する。

我々は半導体基板上に凹部が形成され、これに感光性樹
脂が塗布されている状態を実験的に把握した。

第７図において半導体基板３１には凹部３２と凸部３３
とが形成され、この上に感光性樹脂３４が塗布されると
、その膜厚は比較的平坦領域の広い部分３５と、前記凹
部３２と凸部３３との接点すなわち段部の頂点３６とで
は著しく膜厚に差が発生する。これは頂点３６付近にお
ける樹脂層３４の流れが段差のために速くなり、かつ、
凹部領域へ引きづられるか、もしくは凸部領域へ引きづ
られるために薄く形成されるものと推定される。第８図
は第７図における頂点３６の膜厚（第８図では段部での
最小膜厚）と凹部の比較的広い領域での膜厚３５（第８
図では樹脂膜厚）との関係を示したものである。

図においては段差と段差の傾斜角度別にデータを記載し
てある。図によれば、例えば比較的平坦部での膜厚（第
７図の３５）が０．８仏ｍであれば頂点３６の膜厚は半
分以下の０．３６〃のとなり著しくピンホールを有する
膜厚となる。

なお、第８図のデータはポジ型感光性樹脂ＡＺ−１３５
０Ｊ（会社名：シツプレィ社）によるものである。次に
本発明の構成について説明する。第９図ａ〜ｅは本発明
の一実施例を示す。

半導体基板あるいはガラス、セラミック、樹脂等の絶縁
性基板もしくはＣｕ、ＡＩ等の金属基板４１（以下基板
４１と略す）に光蝕刻法によりパターンが形成され、所
定の形状に凸部４２と凹部４３とを設ける（第９図ａ）
。

この場合段部の傾斜はできる限り急峻なことが望ましい
。したがって基板４１のエッチングはケミカルエッチン
グよりもむしろプラズマエッチングあるいはイオンエッ
チングによる方法であれば角度６００以上を得ることが
できる。次いでスパッタリング法あるし、は蒸着法によ
りＳｊ０２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＡＩ２０３膜等の絶縁膜
あるいは多結晶シリコン膜、ェピタキシャル成長膜等の
半導体膜あるいは銅、アルミニウム等の金属膜４４（以
下膜４４と略す）を付着せしめる（第９図ｂ）。

膜４４の厚さは基板４１に設けた凹部４３を丁度埋設せ
しめる程度でも良いが、本発明にのべる以後の工程によ
って左右されるものである。第９図においては凹部４３
の深さと膜４４の厚さを同一としている。次にポジ型感
光性樹脂４５、例えばＡＺ−１３５０Ｊ（商品名）を例
えばｌＡｍの厚さにスピンナーにより塗布し、熱重合を
発生しない程度の低い温度６０ｑｏ〜９０ｑｏ適度で１
０〜３び分間熱処理し、前記ポジ型感光性樹脂４５を乾
燥させ、さらに前記ポジ型感光性樹脂４５上にネガ型感
光性樹脂４６例えばＫＴＦＲ（商品名）を０．６山肌の
厚さに塗布し、９０℃で１０〜３０分間の乾燥を行なう
（第９図ｃ）。

この状態で凸部の頂上Ａの感光性樹脂の厚さは第８図を
適用すればポジ型感光性樹脂４５は０．６〃凧、ネガ型
感光性樹脂４６にあっては少なくとも０．１４ムのとな
り著しく薄く、この頂上Ａ附近での著しいピンホール発
生が見られる。特にネガ型感光性樹脂４６において顕著
となる。頂上Ａ付近でのピンホール量が多いほど本発明
の効果は大となる。ネガ型感光性樹脂においてピンホー
ル量が増大する膜厚は一般に０．６仏の程度であること
が知られている。頂点Ａ付近の膜厚を０．６〃のにする
には第８図より平均的感光性樹脂層の膜厚は１．０〃の
であるから、第９図のネガ型感光性樹脂層４６の膜厚は
１．０〃肌以下が望ましい。また最小の膜厚は実用的に
は０．１仏のである。これ以下の膜厚では膜厚の制御性
、ピンホールの極端な増大があって使用に耐えない。す
なわち次工程でのポジ型感光性樹脂の除去の際、ピンホ
ールの発生により凹部上のポジ型感光性樹脂層４５も除
去され実用的でない。したがってネガ型感光性樹脂の平
均的膜厚は平坦部において０．１〜１．０Ａ肌が望まし
い。一方ポジ型感光性樹脂とネガ型感光性樹脂との腰厚
の割合は実験的に１０：１〜１：１が適切であつた。

次に第９図ｃの状態で前記ポジ型感光性樹脂が感光する
波長の光、実際には高圧水銀灯から発せられる紫外光を
照射する。

この状態で前記ポジ型感光性樹脂４５は溶剤に対して熔
解しやすい状態となる。すなわちポジ型感光性樹脂４５
の専用現像液あるいは希釈したＮａＯＨ液、アセトン液
に浸すことによって基板４１上の凸部のポジ型感光性樹
脂４５はネガ型感光性樹脂４６に発生しているピンホー
ルを通して、前記溶剤によって溶解除去され、次いでこ
の部分のネガ型感光性樹脂４６も付着力を失ない容易に
除去されてしまう。この状態を第９図ｄに示す。前記工
程において、溶剤に浸しながら１０ＫＨｚ〜５００ＫＨ
ｚ程度の超音波を加えるとポジ型感光性樹脂が溶解・除
去される速度が早く、かつ除去が確実となるばかりか、
凸部上のネガ型感光性樹脂の除去もより完全に処理する
ことができる。

さりこ第９図ｄの状態において１０ぴＣ〜２６０ｑＣで
熱処理を加えれば凹部に付着したポジ型感光性樹脂４５
と膜４４との密着が高まり、次工程で液のしみこみがな
くより完全なパターンを得ることができる。第９図ｄの
如く凸部の膜４４は完全に露出しているから膜４４を腐
蝕あるいは溶解する液に浸すことにより凸部の腰４４は
基板４１の表面まで完全に除去される。次いで樹脂層を
加熱した比Ｓ０４液あるいはボイルしたアセトン溶液中
に浸すことにより前記樹脂層は除去され第９図ｅの状態
を得ることができる。前記工程において凹部のポジ型感
光性樹脂４５の側面は膜４４に囲まれ、凸部のポジ型感
光性樹脂４５の側面は薄く形成され、特に頂点附近にピ
ンホールの多いネガ型感光性樹脂４６で囲まれている。
したがって、ボジ型感光性樹脂４５を溶解する溶液はピ
ンホールの多いネガ型感光性樹脂４６の凸部のポジ型感
光性樹脂４５の側面から浸透し、これを溶解せしめる。
一方、凹部のポジ型感光性樹脂４５は側面を膜４４で囲
まれ上面はネガ型感光性樹脂４６で囲まれているが、織
部のネガ型感光性樹脂４６で一部覆われていない部分も
隙間が著しく小さいため、溶液の侵入による熔解はごく
わずかしか確認されなかった。むしろ側面が露出してい
る凸部のポジ型感光性樹脂２５の溶解速度が著しく早い
ものである。以上のべた如く本発明の上記実施例はポジ
型感光性樹脂の熔解容易性とネガ型感光性樹脂の段部で
の膜厚の著しい減少性を有効に活用したものであって、
除去すべき膜面を第９図ｄの如く完全に露出させること
にある。

また、凹部上のネガ型感光性樹脂は下面にあるポジ型感
光性樹脂のピンホールを防止するとともに第９図ｄの工
程でこの部分の樹脂が溶剤に熔解させないための防止膜
の役目もする。次に他の構成例について第１０図ａ〜ｇ
を用いて説明する。

基板４１に凸部４２および凹部４３を設ける工程（第１
０図ａ）、膜４４を設ける工程（第１０図ｂ）、ポジ型
感光性樹脂４５およびネガ型感光性樹脂４６を塗布する
工程（第１０図ｃ）は前述した構成例と同一であるので
省略する。

次に第１０図ｃの状態において全面に紫外光を照射して
おき、０２あるいは０２とＮ２の混合雰囲気を有するプ
ラズマ中において処理すれば、基板４１の最上部にある
ネガ型感光性樹脂４６は少しづつ灰化される。

特に凸部の頂上Ａ付近はもっとも膜厚が薄いから第９図
ｄの如くネガ型感光性樹脂は除去され、次工程のポジ型
感光性樹脂の溶解を著しく助けることになる。（第１０
図ｄ）。次いでポジ型感光性樹脂を溶解する溶液、例え
ば専用の現像液、アセトソ、希釈したＮａ○伍夜に浸せ
ば凸部のポジ型感光性樹脂は容易に除去されると同時に
ネガ型感光性樹脂も除去されるものである（第１０図ｅ
）。除去すべき膜４４は完全に露出されている。この工
程において前記構成例と同じく超音波振動を加えるとこ
の工程はより確実になることはすでにのべた通りである
。膜４４を腐蝕あるいは溶解する液に浸す前に１０００
０〜２６０ｏｏで熱処理することにより凹部の膜４４と
ポジ型感光性樹脂４５との密着力を高め、さらに耐酸性
を向上させることができる。第１０図ｆは膜４４を完全
に除去した工程、第１０図ｇは感光性樹脂層４５，４６
を完全に除去し、本発明の工程が終了した状態を示すも
のである。本構成例におけるボジ型感光性樹脂とネガ型
感光性樹脂の膜厚の割合は前記した構成例と同じく１０
：１〜１：１が望ましい。

第９図ｅあるいは第１０図ｇの状態からは素子間の絶縁
分離あるいはＢＩ等の平坦化プロセスの一工程として利
用できる。また、本発明の構成例においては基板４１の
上部の樹脂をネガ型感光性樹脂として説明したが（第９
図、第１０図で４６）、これに限定するものではなく、
夫燃ゴム、ＰＶＡ、ポリィミド等の樹脂あるいはワック
ス等であってもよく、本発明の効果は同様である。

すなわちポジ型感光性樹脂の溶剤に溶解しない材料であ
れば良い。次に本発明の効果についてのべる。

■ 本発明はすでにのべた如く除去すべき膜４４の表面
を完全に露出させ前記膜４４の熔解液に浸すことができ
るため除去すべき膜４４の完全な除去が実施でき、所望
のパターン形成ができる。

■ さらに除去すべきでない面に対し、性質の異なる感
光性樹脂膜が２重に塗布され被覆されるため、この面に
おけるピンホール等の欠陥を著しく減少できるものであ
る。

■ また、本発明は光を与えることによって容易に熔解
するポジ型感光性樹脂を除去すべき膜４４上に設けてあ
るため、従来例で説明した第５図、第６図に示した如く
の取り残し等による不良が発生せず、パターン形成の工
程が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｃはパターン形成方法の原理的説明図、第２
図は本発明の応用例を示す図、第３図ａ〜ｄ、第４図ａ
〜ｄは従来例の工程図、第５図ａ，ｂ、第６図ａ，ｂは
従来例の欠点を説明するための図、第７図、第８図は本
発明を説明するための図、第９図ａ〜ｅ、第１０図ａ〜
ｇは本発明の一実施例を説明するための工程図である。 ４１・・・・・・基板、４４・・・・・・膜、４５・・
・・・・ポジ型感光性樹脂、４６・・・・・・ネガ型感
光性樹脂。第１図第２図 第３図 第４図 第７図 第５図 第６図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 凹凸面を有する基板の基板の前面凹凸面にそつて金
   属または絶縁物層を前記凹凸面と略同一形状に付着させ
   る工程と、前記金属または絶縁物層上にポジ型感光性樹
   脂を塗布する工程と、前記ポジ型感光性樹脂上に同ポジ
   型感光性樹脂と同一波長で感光しかつ前記ポジ型感光性
   樹脂の溶剤に溶解しないネガ型感光性樹脂を塗布し、前
   記ポジ型感光性樹脂の側面において他より薄く前記ネガ
   型感光性樹脂を形成し、前記側面の前記ネガ型感光性樹
   脂にピンホールを形成する工程と、前記ポジ型感光性樹
   脂と同時に、前記ネガ型感光性樹脂を同一波長で露光す
   る工程と、前記ポジ型感光性樹脂を溶解する液により前
   記凹凸面の凸部上の前記ポジ型感光性樹脂を前記ピンホ
   ールを介して除去する工程と、前記金属または絶縁物層
   を腐蝕する液により前記凹凸面の凸部上の金属または絶
   縁物層を除去する工程とからなるパターン形成方法。 ２ ポジ型感光性樹脂を溶解する液により凹凸面の凸部
   のポジ型感光性樹脂を除去する工程で超音波振動を加え
   ながら溶解させることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のパターン形成方法。 ３ ポジ型感光性樹脂を溶解する液により凹凸面の凸部
   のポジ型感光性樹脂を除去した後、基板を１００〜２６
   ０℃で熱処理することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のパターン形成方法。 ４ 露光する工程の時に、プラズマ雰囲気中において凹
   凸面の凸部のポジ型感光性樹脂の溶剤に溶解しない材料
   よりなる層の一部または全部を除去する工程を併用する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のパター
   ン形成方法。 ５ プラズマ雰囲気がＯ＿２またはＯ＿２とＮ＿２との
   混合ガスよりなることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載のパターン形成方法。