(57)【要約】      （修正有）【課題】多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム基板を提供し、基板上にバリア層を作製するステップＡと、エネルギービームを用いてバリア層に対しエッチングを行い、バリア層に少なくとも１つの凹部を形成するステップＢと、基板に対しプラズマエッチングを行うことで、凹部を窒化アルミニウム基板の中に深掘するステップＣと、バリア層を除去して少なくとも１つのアスペクト比の高いパターンを有する窒化アルミニウム基板が得られるステップＤと、を含む。エネルギービームでバリア層上にパターンを直接作製してからプラズマエッチング方法を利用して窒化アルミニウム基板をエッチングすることで、迅速で効果的にアスペクト比の高いパターンを有する窒化アルミニウム基板を製造できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法であって、
窒化アルミニウム基板を提供し、前記窒化アルミニウム基板上にバリア層を作製するステップ（Ａ）と、
エネルギービームを用いて前記バリア層に対しエッチングを行い、前記バリア層に少なくとも１つの凹部を形成するステップ（Ｂ）と、
前記基板に対しプラズマエッチングを行うことで、前記凹部を該窒化アルミニウム基板の中に深掘するステップ（Ｃ）と、
前記バリア層を除去して少なくとも１つのアスペクト比の高いパターンを有する窒化アルミニウム基板が得られるステップ（Ｄ）と、
を含むことを特徴とする多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法。
【請求項２】
前記パターンは、微細穴又は溝であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法。
【請求項３】
前記アスペクト比の高いパターンのアスペクト比は、４以上となることを特徴とする請求項１または２に記載の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法。
【請求項４】
該バリア層の窒化アルミニウム基板に対するドライエッチングの選択比は、４以上となることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法。
【請求項５】
前記ステップ（Ａ）の前記バリア層の厚さは、所要エッチング深さの１／４より大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法。
【請求項６】
前記ステップ（Ａ）の前記バリア層は、金属バリア層又は高分子バリア層とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法。
【請求項７】
前記ステップ（Ｂ）のエネルギービームは、集束イオンビーム、レーザー或いは電子ビームとすることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法。
【請求項８】
前記ステップ（Ｃ）は、誘導結合プラズマを用いてエッチングを行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法。
【請求項９】
前記ステップ（Ｃ）のエッチングガスは、塩素ガス又は塩素系ガスを包括することを特徴とする請求項６に記載の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法。
【請求項１０】
前記ステップ（Ｃ）のエッチング速度は、４００ｎｍ／ｍｉｎとすることを特徴とする請求項６に記載の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶窒化アルミニウム基板上にパターンを作製する方法に関し、特に、多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄ  ＩＣ（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）技術は、多層ＩＣを三次元積層化するプロセス技術である。従来の２Ｄ  ＩＣ、３Ｄ  ＩＣに比べチップ上の更に多くの素子がより一層近い位置に配設されよう許容するため、素子間の信号線の長さを大幅に減らすことができることで、信号伝達の遅延影響と電力消費を改善できる。一般の３Ｄ  ＩＣプロセスでは、ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ）でウェハ上に穿孔してから導電材料、例えば銅、多結晶シリコン、タングステン等で孔を充てんして導電通路を形成し、最後にウェハ或いはダイを薄化してから積層と結合して、３Ｄ  ＩＣチップを形成する。
【０００３】
ダイ内部にＴＳＶを製造して機能の異なるダイを接続する以外に、インターポーザ（Ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ）にＴＳＶ技術を組み合わせることで、異種チップを３Ｄ  ＩＣに結合する。３Ｄ  ＩＣインターポーザの技術開発は、現在主にシリコン及びガラス基材に重きを置き、シリコン基材が良好な熱伝導率（Ｋ：〜１４０Ｗ／ｍＫ）を有し、シリコン基材を３Ｄ  ＩＣプロセスのマルチチップ積層のインターポーザとする時、素子が高電力運転において熱蓄積効果による機能故障の確率を下げることができるが、シリコン基材のエネルギーバンドギャップは大きく（１．１ｅＶ／３００Ｋ）ないため、比較的高い電圧の薄型チップを積層した電子素子内に応用すると、漏電の懸念がある。上記問題を解決するため、ケイ素基板で一層の酸化層を生成する方式に発展させていくことで、絶縁効果を向上する。この手法はインターポーザの漏電現象を改善できるが、素子放熱能力低下及びプロセスのコストアップという問題が生じていた。インターポーザのプロセスコストを削減して製品の競争力を高めるため、若干のメーカではガラス（二酸化ケイ素）基板を主なインターポーザ基板として始め、ガラス基板のインターポーザは比較的良好な絶縁性、安価及び取得しやすさ等といった利点を有して現在の業界において主に開発されているインターポーザ材料となっているが、現在の超小型化、多機能及び高性能の需要という関連製品への応用において、ガラス基板のインターポーザの熱伝導率が高くないため（Ｋ：〜１．５Ｗ／ｍＫ）、チップモジュールの熱伝導効果が悪くなり、容易にチップの多層積層インターフェースの熱源が徐々に蓄積して素子の熱暴走が起き、よって現在のガラス基板の応用は、３Ｄ  ＩＣプロセス内の比較的低い電力の製品にのみ適している。
【０００４】
インターポーザの漏電及び放熱等の問題を解決するため、低コストの多結晶系窒化アルミニウム基板が積極的に開発中にあり、窒化アルミニウムは良好な熱伝導率（Ｋ：１７０〜３２０Ｗ／ｍＫ）及び比較的大きなエネルギーバンドギャップ（Ｅｎｅｒｇｙ  ｂａｎｄ  ｇａｐ：６．０１５ｅＶ）を持っているため、比較的良好な熱伝導及び絶縁性を提供できる。これ以外に、窒化アルミニウムの誘電率が比較的高いため、発生する誘電損失が逆に比較的低く、よって導線間のクロストーク干渉影響を減らすことができる。
【０００５】
現在のインターポーザのＴＳＶプロセスの多くは、リソグラフィ技術を利用してその穿孔位置を定義し、ハードベーク後のレジスト膜又は金属メッキ層をエッチングバリア層とし、更にドライエッチングで穿孔を完成させる。しかしながら、多結晶窒化アルミニウムは、セラミック材料で、そのＡｌＮ結合エネルギーが１１．５ｅＶであるため、エッチング速度においてやはり現在のシリコン基材より大幅に遅れ、よってエッチングのプロセス条件及びバリア層の厚さを上げて、所要のエッチング深さを達成する必要がある。リソグラフィプロセス面において、現在のドライレジストの解像度は不足し、ウェットレジストが微細な寸法パターンを作製するため、レジスト厚みが薄くなりすぎることで十分な厚さのエッチングバリア層を沈着できなくなり、またバリア層と窒化アルミニウム基板の選択性が高くないことで、アスペクト比の高い微細穴或いは溝を形成するプロセスがチャレンジに直面している。バリア層の厚さはリソグラフィプロセス内のレジスト厚みと比例関係となり、これによりアスペクト比の高いＴＳＶプロセスにおいて解像度及びエッチング深さの衝突が起き、過去の文献及び技術においてこの問題について突破的な発展がなかった。これ以外に、リソグラフィプロセスのステップは煩雑で、ＴＳＶの製造工程内において時間及び手間を必要としていた。
【０００６】
窒化アルミニウムインターポーザのプロセス技術に関し、ＴＳＶプロセスは大きな開発重点である。窒化アルミニウム基板のインターポーザＴＳＶ技術の開発重点は、アスペクト比の高い微細穴（止まり穴又は導通穴）プロセスをどのように完成させるかにあり、３Ｄ  ＩＣプロセスにおいて窒化アルミニウム基材を使用し、効率的に高アスペクト比の金属化した導通穴を完成させることができると、積層型マルチチップモジュールシステムが高電力時に発生する熱蓄積を有効的に下げることができ、システムの信頼性を向上すると共にノイズの発生を減らし、これによりセラミックインターポーザを発展する重要なキー技術となる。
【０００７】
よって、現在業界では、多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法が必要あり、窒化アルミニウム基材の高アスペクト比金属化した導通穴を効果的に完成することで、業界のニーズに合った３Ｄ  ＩＣ窒化アルミニウムのセラミックインターポーザ材料を調製できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術の欠点に鑑み、本発明の主な目的は、迅速、有効的に高アスペクト比の導通穴を有する窒化アルミニウム基板を作製することで、特性が良好な３Ｄ  ＩＣ窒化アルミニウムインターポーザ材料を調製するための多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法を提供することにある。
【０００９】
高アスペクト比が求められるエッチングプロセスにおいて、ドライエッチングは、ウェットエッチングで行うことができない有効な異方性エッチングを実現すると共に良好なエッチング輪郭を形成できる。よって、ドライエッチングは穿孔技術プロセスの比較的良好な選択となっている。ＩＩＩ族窒化物のＡｌＮ結合エネルギーは、１１．５ｅＶ／ａｔｏｍであり、非窒化物のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料に比べると、比較的高い結合エネルギーを有する。高強度結合及び高エネルギーギャップのＩＩＩ族窒化物は、優れた化学的不活性及び耐酸・耐アルカリ性・耐腐食性を持つ。よって、高密度の塩素系化合物を誘導結合プラズマとすることによって窒化アルミニウム基材のエッチング速度を上げることができるが、同時にエッチングバリア層の消耗が速すぎるという問題が発生し、つまりエッチング選択比が高くない。一方、リソグラフィプロセスにおいて、バリア層の厚さを増すと、レジスト膜厚みを増加させてリソグラフィの解像度が下がってしまう。
【００１０】
よって、本発明は、エネルギービームを用いてバリア層上にパターンを直接作製してからプラズマエッチング方式で窒化アルミニウム基板をエッチングし、微細なパターンのエッチング深さ及び解像度を高めるための多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法を提供する。従来のセラミック基板のリソグラフィ技術は、全て非常に時間をかかり且つ煩雑で、従来技術と比べると、本発明の実施形態は、窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを効果的に作製でき、複雑なパターン化のリソグラフィプロセスを避け、またエッチングのバリア層の厚さを薄く、プロセスの時間及びコストを削減する効果を奏する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、多結晶窒化アルミニウム基板上にパターンを作製する方法を提供し、窒化アルミニウム基板を提供し、該窒化アルミニウム基板上にバリア層を作製するステップ（Ａ）と、エネルギービームを用いて該バリア層に対しエッチングを行い、該バリア層に少なくとも１つの凹部を形成するステップ（Ｂ）と、該基板に対しプラズマエッチングを行うことで、該凹部を該窒化アルミニウム基板の中に深掘するステップ（Ｃ）と、該バリア層を除去して少なくとも１つのアスペクト比の高いパターンを有する窒化アルミニウム基板が得られるステップ（Ｄ）と、を含む。
【００１２】
本発明の一実施形態において、該パターンは、微細穴又は溝で、そのアスペクト比は、４以上となる。
【００１３】
本発明の一実施形態において、該バリア層の窒化アルミニウム基板に対するドライエッチングの選択比は４．８８であり；ステップ（Ａ）のバリア層の厚さは所要エッチング深さの１／４より大きく、該バリア層が金属バリア層又は高分子バリア層とし、且つクロム金属層をエッチングマスクとして用いる。上記ドライエッチングの選択比は、除去したい薄膜のドライエッチング速度とその素材薄膜のドライエッチング速度の間の比とする。本発明の方法において、異なるエッチングバリア層によって異なるドライエッチングの選択比を得ることができ、前記ドライエッチングの選択比が４以上となることができる。
【００１４】
本発明の一実施形態において、ステップ（Ｂ）のエネルギービームは、集束イオンビーム、レーザー或いは電子ビームとする。エネルギービームの選択面において、集束イオンビームを用いてパターン転写を定義する時、その窒化アルミニウム基板の穿孔の孔径は通常で３０μｍより小さく、比較的小さい穴径の加工方法に属し；レーザーを用いてパターン転写を定義する時、その窒化アルミニウム基板の穿孔の穴径は通常で３０μｍより大きく、比較的大きな穴径の加工方法に属する。集束イオンビームを用いる場合、ガリウム金属イオン源でバリア層のパターン作製を行い、そのイオンビームの動作電圧は５〜３０ｋＶで、動作距離を５０ｍｍより短い。
【００１５】
本発明の一実施形態において、ステップ（Ｃ）のプラズマエッチングは、誘導結合プラズマを用いて行うことができ、エッチングガスが塩素ガス又は塩素系ガスを包括し、Ａｒ／Ｃｌ２の誘導結合プラズマを用いて窒化アルミニウム基板をエッチングでき、そのコイルのＲＦパワー及び下電極のＲＦパワーが３００〜１０００Ｗとする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法である。この方法の特徴は、まずエネルギービームを用いてバリア層上にエッチング位置を定義してからプラズマエッチング方法を組み合わせて窒化アルミニウム基板をエッチングすることで、効果的にアスペクト比の高いパターン転写を形成し、またエッチングが完了した後でバリア層を除去する。本発明で作製する微細穴及び溝を有する窒化アルミニウム基板のアスペクト比は、４．８８に達することができ、製品応用上の使用可能な仕様に達している。
【００１７】
以上の概述と後記の詳細な説明及び添付図面は、いずれも本発明が予定目的を達成するために採った方式、手段及び効果を更に説明するためのものでる。本発明その他の目的及び利点に関しては、後記の説明及び図面内に記述する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法のフローチャートである。
【図２】本発明の実施例１の流れを示す模式図である。
【図３】本発明の実施例１の走査型電子顕微鏡による分析図である。
【図４】本発明の実施例２のパターン転写図案の設計写真である。
【図５】本発明の実施例２の原子間力顕微鏡による表面形状図である。
【図６】本発明の実施例２の走査型電子顕微鏡による分析図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、特定の具体的実例を通じて本発明の実施形態を説明し、当業者は本明細書に開示されている内容から本発明の利点及び効果を容易に理解できる。
【００２０】
本発明の多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法の特徴は、まずエネルギービームを用いてバリア層上に小さい寸法パターンを作製し、エネルギービームを通じて先にエッチング位置を定義し、また基板のエッチング選択性を高め、そしてプラズマエッチング方法を組み合わせて窒化アルミニウム基板をエッチングすることで、効果的にアスペクト比の高いパターン転写を形成し、またエッチングが完了した後でバリア層を除去する。
【００２１】
図１を参照すると、本発明に係る多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法のフローチャートである。図に示すように、本発明に係る多結晶窒化アルミニウム基板上にアスペクト比の高いパターンを作製する方法は、（Ａ）窒化アルミニウム基板を提供し、該窒化アルミニウム基板上にバリア層を作製するステップＳ１０１と、（Ｂ）エネルギービームを用いて該バリア層に対しエッチングを行い、該バリア層に少なくとも１つの凹部を形成するステップＳ１０２と、（Ｃ）該基板に対しプラズマエッチングを行うことで、該凹部を該窒化アルミニウム基板の中に深掘するステップＳ１０３と、（Ｄ）該バリア層を除去して少なくとも１つのアスペクト比の高いパターンを有する窒化アルミニウム基板が得られるステップＳ１０４と、を含む。
【００２２】
ステップ（Ｃ）のプラズマエッチングは、誘導結合プラズマを用いて行うことができ、エッチングガスが塩素ガス又は塩素系ガスを包括し、Ａｒ／Ｃｌ２の誘導結合プラズマを用いて窒化アルミニウム基板をエッチングでき、そのコイルのＲＦパワー及び下電極のＲＦパワーが３００〜１０００Ｗとする。
【実施例】
【００２３】
実施例１
図２を参照すると、本発明の実施例１の流れを示す模式図である。図２（ｂ）に示すように、まずスパッタリング法で窒化アルミニウムに一層の金属チタン（Ｔｉ）をメッキして、ハードマスクと窒化アルミニウムの間の付着力促進層とし、そしてクロム金属をメッキしてバリア層を形成する。次に、該サンプルを集束イオンビームエッチングシステム内に入れ、キャビティ内で真空吸引し、またサンプルの位置決めを行い、真空度が３×１０−６ｍｂａｒより低い時、ガリウムイオンビームでハードマスクパターン化の開孔（イオン源の種類は、Ｉｎ、Ａｕ及びＡｓＰｄ２等を別途包括する）を始め、クロム金属ハードマスクをボンバードする動作電圧を１０ｋＶ及び動作電流を８ｎＡとし、図２（ｃ）に示すようにクロム金属層及びチタン金属層をボンバードすることにより、バリア層を貫通して窒化アルミニウムを露出させることで、該バリア層に少なくとも１つの凹部を形成させる。そしてサンプルをシリコン（Ｓｉ）キャリア上に置き、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ−ＲＩＥ）エッチング機内に搬送し、過程中、流速１０／１６０ｓｃｃｍのＡｒ／Ｃｌ２を反応ガスとし、またキャビティの圧力を１５ｍｂａｒ、Ｃｏｉｌ  ｐｏｗｅｒを１２００Ｗ及びＰｌａｔｅｎ  ｐｏｗｅｒを６００Ｗ等の適切なパラメータに調整してエッチングを行い、また所要のエッチング深さを完成させる。プラズマエッチング後、図２（ｄ）に示すように、この方法のエッチング速度は、測定を経て４００ｎｍ／ｍｉｎとした。最後に、該バリア層を除去すると、図２（ｅ）に示すような高アスペクト比の微細穴を有する多結晶窒化アルミニウム基板が得られる。
【００２４】
図３を参照すると、本発明の実施例１の走査型電子顕微鏡による分析図であり、図に示すように、上記方法で製造された高アスペクト比の微細穴を有する多結晶窒化アルミニウム基板の穴径の幅が２．６３μｍで、深さが１１．９２μｍ、アスペクト比が４．５３に達することができる。
【００２５】
実施例２
まず窒化アルミニウム基板に反応性イオンエッチングシステム（ＲＩＥ）で酸素（Ｏ２）を吹き込んで窒化アルミニウム基板の表面を処理し、表面の汚れ及び水分を除去し、次にネガ型レジスト層を作製し、ネガ型レジスト層を１１０℃で３０ｍｉｎｓハードベークした後で形成されたレジスト層をバリア層とする。次に、該サンプルを集束イオンビームエッチングシステム内に入れ、真空度が３×１０−６ｍｂａｒより低い時、ガリウムイオンビームでハードマスクパターン化の開孔を始め、ネガ型レジスト層をボンバードする動作電圧を６ｋＶ及び動作電流を４ｎＡとし、バリア層をボンバードすることにより、バリア層を貫通して窒化アルミニウムを露出させることで、該バリア層に少なくとも１つの凹部を形成させる。図４を参照すると、本発明の実施例２のパターン転写図案の設計写真である。そしてサンプルをシリコン（Ｓｉ）キャリア上に置き、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ−ＲＩＥ）エッチング機内に搬送し、流速１０／１６０ｓｃｃｍのＡｒ／Ｃｌ２を反応ガスとし、またキャビティの圧力を３０ｍｔｏｒｒ、Ｃｏｉｌ  ｐｏｗｅｒ（コイルのＲＦパワーを６００Ｗ、Ｐｌａｔｅｎ  ｐｏｗｅｒ（下電極のＲＦパワー）を１０００Ｗ及びＣｈｕｃｋ  ｔａｂｌｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（チャックテーブルの温度）を３０℃等の適切なパラメータにおいてエッチングを完成させる。この方法のエッチング速度は、測定を経て３９１ｎｍ／ｍｉｎとした。最後に、該バリア層を除去すると、高アスペクト比の微細穴及び溝を有する多結晶窒化アルミニウム基板が得られる。
【００２６】
図５を参照すると、本発明の実施例２の原子間力顕微鏡による表面形状図である。図６を参照すると、本発明の実施例２の走査型電子顕微鏡による分析図である。図に示すように、上記方法で製造された多結晶窒化アルミニウム基板は、高アスペクト比の微細穴及び溝を有し、その穴径の幅が１．４５μｍで、深さが５．７９μｍ、アスペクト比が４．０１に達することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、微細な寸法パターンのバリア層を多結晶窒化アルミニウム基板上に直接作製できる方法を提供し、またプラズマエッチングの実施を介して迅速で効果的、選択的にアスペクト比の高いパターンを作製する。従来のフォトリソグラフィ技術に比べても、本発明はエネルギービームを用いて窒化アルミニウム基板のエッチング位置及びパターンを定義するため、従来の煩雑なハードマスクパターン化の事前露光プロセスに取って代わり、また誘導結合プラズマエッチングを組み合わせてアスペクト比の高いパターンを有する窒化アルミニウム基板を製作できる。本発明は、高アスペクト比・細線化或いは小穴径・穴数が少ない窒化アルミニウム基板プロセスの精度及び速度を増進するために用いられることができ、将来における応用分野を更に幅広くさせることができる。
【００２８】
以上に述べた実施例は、あくまでも本発明の特徴及び効果を明らかにするものであって、本発明の実質的な技術内容を限定することはなく、当業者が本発明の精神から逸脱することなく上記実施例を改良と変形できる。よって、本発明の保護範囲は、後記の特許請求の範囲に記載されている通りとする。
【符号の説明】
【００２９】
Ｓ１０１〜Ｓ１０４  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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