(57)【要約】【課題】従来より高い温度条件にリフトオフ法を適用してパターンを形成する。【解決手段】異なる溶解特性の２種類のポリイミドにより、下部開口部１１２を備えた下層樹脂膜１０２及び上部開口部１１３を備えた上層樹脂膜１０３を形成し、下部開口部１１２は上部開口部１１３より大きい面積とし、これらの上に無機膜１０５を堆積して形成し、同時に無機パターン１１５を形成し、下層樹脂膜１０２と上層樹脂膜１０３を所定の溶剤に溶解させることで無機膜１０５を除去する。【選択図】  図１
2005136334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に第１ポリイミドからなる下層樹脂膜が形成された状態とする第１工程と、
前記下層樹脂膜の上に前記第１ポリイミドとは異なる溶解特性の第２ポリイミドからなる上層樹脂膜が形成された状態とする第２工程と、
前記上層樹脂膜の上に所定の領域に開口部を備えたマスクパターンが形成された状態とする第３工程と、
前記マスクパターンをマスクとして前記上層樹脂膜及び下層樹脂膜を選択的にエッチング除去し、前記上層樹脂膜にこれを貫通する上部開口部が形成され前記下層樹脂膜に開口部が形成された状態とする第４工程と、
前記第２ポリイミドに対して前記第１ポリイミドを選択的に溶解する第１溶剤により前記上部開口部の内部に露出している前記下層樹脂膜を溶解させ、前記上部開口部より広い面積で前記下層樹脂膜を貫通する下部開口部が形成された状態とする第５工程と、
前記マスクパターンを除去した後、前記下部開口部の内部に露出する前記基板の上および前記上層樹脂膜の上に無機材料を堆積し、前記上層樹脂膜の上に無機膜が形成され、前記下部開口部の内部に露出した前記基板の上に前記無機材料からなる無機パターンが形成された状態とする第６工程と、
少なくとも前記第１ポリイミドが溶解する第２溶剤に前記下層樹脂膜を溶解させることで、前記基板の上より前記無機膜が除去された状態とする第７工程と
を少なくとも備えたことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
請求項１記載のパターン形成方法において、
前記第４工程では、酸素ガスのプラズマにより上層樹脂膜及び下層樹脂膜を選択的にエッチングすることで、前記上層樹脂膜を貫通する前記上部開口部及び前記下層樹脂膜を貫通する前記下部開口部が形成された状態とする
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
請求項１記載のパターン形成方法において、
前記第４工程では、
酸素ガスのプラズマにより上層樹脂膜及び下層樹脂膜を選択的にエッチングすることで、前記上層樹脂膜を貫通する前記上部開口部が形成され、前記下層樹脂膜に膜厚方向に途中まで形成された開口部が形成された状態とし、
前記第５工程で、前記下層樹脂膜に形成された開口部を貫通させる
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のパターン形成方法において、
前記下層樹脂膜及び前記上層樹脂膜のガラス転移点は、前記無機膜の形成時に加わる熱より高い温度であることを特徴とするパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフトオフ法を用いたパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の形成において、ゲート電極や配線などは、これらの材料となる膜を形成した後、リソグラフィー技術により形成したマスクパターンを利用して選択的にエッチングすることで形成している。例えば、まず、基板の上に金属などの薄膜の層を形成し、形成した薄膜の上に感光性レジスト材料を塗布してレジスト膜を形成し、このレジスト膜に所定の光像を露光して現像し、レジストパターンを形成する。露光においては、形成したいパターンが遮光膜で形成されたフォトマスクを原版として用い、光源光をフォトマスクを介して照射することで、遮光膜に形成されたパターンを、レジスト膜の上に光像として転写する。
【０００３】
レジストパターンを形成した後、レジストパターンをエッチングマスクとし、例えば反応性イオンエッチングにより、レジストパターンで覆われていない領域の薄膜をエッチング除去する。このことにより、薄膜は、レジストパターンの形状に加工される。この後、レジストパターンを除去することで、薄膜を形成した層に、例えば金属から構成された配線パターンの層が形成された状態が得られる。
【０００４】
また、パターンの形成方法として、リフトオフ法がある（特許文献１，２，非特許文献１参照）。リフトオフ法は、基板にレジストパターンを形成してからこの上に薄膜を形成し、この後、レジストパターンを除去してレジストパターンの上の薄膜を選択的に除去する技術である。レジストパターンが形成されていない領域では、レジストパターンを除去しても基板の上には薄膜が残るため、この残った薄膜によりパターンの形成が可能となる。
【０００５】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開平５−０６７６２８号公報
【特許文献２】特開平５−０４９００４号公報
【非特許文献１】半導体デバイス  −基礎理論とプロセス技術−  p.463-464  著者Ｓ．Ｍ．ジィー、  出版社  産業図書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のパターン形成方法では、次に示すような問題点があった。まず、エッチング技術を利用するパターン形成方法では、レジストパターンに覆われていない領域では、薄膜を除去されると下地の基板表面が露出し、露出した基板表面もエッチングの環境に晒されることになる。例えば、反応性イオンエッチングでは、露出した基板の表面が、イオン衝撃を受けることになる。
【０００７】
このようなイオン衝撃は、例えば、光学素子の形成では問題となる。例えば、シリコン細線からなるコアによる導波路が形成されている一部領域において、コアを被うクラッドに開口部を形成する場合、開口部に露出するシリコンコアがイオン衝撃を受けることになる。このようにイオン衝撃を受けて損傷を受けたシリコンコアでは、光の伝搬損失を招くことになる。
【０００８】
また、リフトオフ法では、レジストパターンを除去する必要があるが、レジストパターンの耐熱性があまり高くないため、薄膜の形成に高温の条件が必要となる場合、適用しにくいという問題がある。例えば、一般的なフォトレジスト材料は、２００℃程度の加熱により変質し、パターンが変形し、また除去することが非常に困難となる。このようにレジストパターンが変形する場合や除去できない場合、リフトオフ法は適用できない。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、従来より高い温度条件にリフトオフ法を適用してパターンを形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るパターン形成方法は、基板の上に第１ポリイミドからなる下層樹脂膜が形成された状態とする第１工程と、下層樹脂膜の上に第１ポリイミドとは異なる溶解特性の第２ポリイミドからなる上層樹脂膜が形成された状態とする第２工程と、上層樹脂膜の上に所定の領域に開口部を備えたマスクパターンが形成された状態とする第３工程と、マスクパターンをマスクとして上層樹脂膜及び下層樹脂膜を選択的にエッチング除去し、上層樹脂膜にこれを貫通する上部開口部が形成され下層樹脂膜に開口部が形成された状態とする第４工程と、第２ポリイミドに対して第１ポリイミドを選択的に溶解する第１溶剤により上部開口部の内部に露出している下層樹脂膜を溶解させ、上部開口部より広い面積で下層樹脂膜を貫通する下部開口部が形成された状態とする第５工程と、マスクパターンを除去した後、下部開口部の内部に露出する基板の上及び上層樹脂膜の上に無機材料を堆積し、上層樹脂膜の上に無機膜が形成され、下部開口部の内部に露出した基板の上に無機材料からなる無機パターンが形成された状態とする第６工程と、少なくとも第１ポリイミドが溶解する第２溶剤に下層樹脂膜を溶解させることで、基板の上より無機膜が除去された状態とする第７工程とを備えるようにしたものである。
この方法によれば、まず、耐熱性の高いポリイミドがリフトオフ法のマスクパターンとして用いられ、また、下層樹脂膜に形成された下部開口部の上には、上層樹脂膜の上部開口部による庇が形成された状態となる。
【００１１】
上記パターン形成方法において、第４工程では、酸素ガスのプラズマにより上層樹脂膜及び下層樹脂膜を選択的にエッチングすることで、上層樹脂膜を貫通する上部開口部及び下層樹脂膜を貫通する下部開口部が形成された状態としてもよい。また、第４工程では、酸素ガスのプラズマにより上層樹脂膜及び下層樹脂膜を選択的にエッチングすることで、上層樹脂膜を貫通する上部開口部が形成され、下層樹脂膜に膜厚方向に途中まで形成された開口部が形成された状態とし、第５工程で、下層樹脂膜に形成された開口部を貫通させるようにしてもよい。
なお、上記パターン形成方法において、下層樹脂膜及び上層樹脂膜のガラス転移点は、無機膜の形成時に加わる熱より高い温度であればよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明では、異なる溶解特性の第１ポリイミドと第２ポリイミドとにより、下部開口部を備えた下層樹脂膜及び上部開口部を備えた上層樹脂膜を形成し、下部開口部は上部開口部より大きい面積とし、これらをリフトオフ法のマスクパターンとして用いるようにした。このことにより、本発明によれば、一般的に用いられる感光性レジストを用いた従来の方法に比較し、より高い温度条件にリフトオフ法を適用してパターンを形成することができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるパターン形成方法の一例を示す工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０１の上に可溶性ポリイミド（ＰＩ−１１７：丸善石油化学株式会社製）を塗布して乾燥することで、シリコン基板１０１の上に下層樹脂膜１０２が形成された状態とする。
【００１４】
次いで、図１（ｂ）に示すように、下層樹脂膜１０２の上に、ポリイミド（ＰＩ−１００：丸善石油化学株式会社製）を塗布して乾燥することで、下層樹脂膜１０２の上に上層樹脂膜１０３が形成された状態とする。下層樹脂膜１０２を構成する可溶性ポリイミドと上層樹脂膜１０３を構成するポリイミドとは、異なる溶解特性を有するものである。
次に、図１（ｃ）に示すように、所望の領域が開放した開口部１１４を備えたレジストパターン１０４を形成する。レジストパターン１０４は、例えば、感光性レジストを塗布してこれを乾燥し、これに上記開口部が現像されるように所定の光像を露光し、現像することにより形成できる。
【００１５】
次に、レジストパターン１０４をマスクとし、酸素ガスのプラズマによる反応性イオンエッチングで、上層樹脂膜１０３を選択的にエッチング除去し、また、下層樹脂膜１０２を選択的にエッチング除去する。このとき、下層樹脂膜１０２は、膜厚方向に途中までエッチングし、図１（ｄ）に示すように、上層樹脂膜１０３に開口部１１３が形成され、下層樹脂膜１０２に開口部１１２が形成された状態とする。また、このとき、酸素プラズマのエッチングにより、レジストパターン１０４も除去される。開口部内に下層樹脂膜１０２を部分的に残すことで、シリコン基板１０１の表面に対し、プラズマのダメージを与えることが抑制されるようになる。
【００１６】
上述したように、反応性イオンエッチングを用いることで、パターン変換差を小さくでき、高い寸法精度で開口部が形成できる。これに対し、開口部の形成において高い寸法精度が必要ない場合、酸素を用いたプラズマエッチングにより開口部を形成するようにしてもよい。この方法によっても、レジストパターン１０４を同時に除去できる。
【００１７】
次に、下層樹脂膜１０２は溶解して上層樹脂膜１０３は溶解しない溶剤を用い、下層樹脂膜１０２を選択的に除去する。このエッチングは、シリコン基板１０１の表面が露出した後も継続させ、図１（ｅ）に示すように、下層樹脂膜１０２がシリコン基板１０１の主表面の平面方向に溶解し、下層樹脂膜１０２に、開口部１１３より広い開口部１２２が形成された状態とする。例えば、ジオキサンあるいはテトラヒドロフランを上記溶剤として用いることで、上述した選択的な溶解が可能となる。
【００１８】
次に、上層樹脂膜１０３の上より、例えば酸化シリコンなどの無機材料を堆積し、図１（ｆ）に示すように、無機膜１０５が形成された状態とする。この堆積は、例えば、ＥＣＲ（Electron Cyclotoron Resonance）プラズマＣＶＤ法により行えばよい。このことにより、開口部１２２の内部に露出するシリコン基板１０１の表面に、上記無機材料からなる無機パターン１１５が形成された状態となる。なお、無機材料は、酸化窒化シリコンであっても良く、他の無機材料であってもよい。
【００１９】
また、開口部１２２の空間では、上部に開口部１１３の周端部により庇が形成された状態であるため、無機パターン１１５は、開口部１２２の開口領域より小さい面積に形成される。ここで、無機材料の堆積量、すなわち、無機膜１０５，無機パターン１１５の膜厚を制御することで、無機パターン１１５の上部周端部と、開口部１１３の側面下部にまで延在する無機膜１０５の端部との間に、空間が形成された状態が得られる。例えば、無機パターン１１５の膜厚が、下層樹脂膜１０２の膜厚より薄ければよい。また、無機パターン１１５の側部と開口部１２２の側面との間にも空間が形成された状態が得られる。
【００２０】
次いで、これら各層が形成されたシリコン基板１０１を、少なくとも下層樹脂膜１０２が溶解する溶剤に浸漬することで下層樹脂膜１０２を除去し、図１（ｇ）に示すように、シリコン基板１０１の上に無機パターン１１５が形成された状態が得られる。例えば、乳酸エチルやシクロヘキサンなどの溶剤を用いることで、下層樹脂膜１０２及び上層樹脂膜１０３を溶解除去することができ、このことにより、上層樹脂膜１０３の上に形成された無機膜１０５をリフトオフして除去できる。このように、本実施の形態では、下部樹脂膜１０２と上部樹脂膜１０３とから構成されたマスクパターンを用いたリフトオフ法により、無機パターン１１５が形成されることになる。
【００２１】
以上に説明した本実施の形態によれば、下層樹脂膜１０２及び上層樹脂膜１０３は、ガラス転移点が３００℃であるため、上述した無機膜の形成工程において変形することがない。また、３００℃程度の加熱では変質することがないので、少なくとも下層樹脂膜１０２は、上記溶剤に溶解する状態が維持される。この結果、無機パターン１１５を形成した後でも、溶剤を用いて下層樹脂膜１０２を溶解することで、上述したリフトオフが行えることになる。また、下層樹脂膜１０２の開口部を上層樹脂膜１０３の開口部より広く形成したので、溶剤が、上層樹脂膜１０３の開口部を介して下層樹脂膜１０２にまで到達し、溶剤により下層樹脂膜１０２を溶解させることが可能となる。
【００２２】
ところで、上述の酸素プラズマによる処理では、開口部１１２を下層樹脂膜１０２の膜厚方向の途中まで形成するようにしたが、これに限るものではない。シリコン基板１０１の表面に対するダメージが無視できる場合、図２（ｄ’）に示すように、底部にシリコン基板１０１の表面が露出するように開口部２１２が形成されてもよい。
【００２３】
また、溶剤によるウエットエッチングを用い、レジストパターン１０４を用いて上層樹脂膜１０３，下層樹脂膜１０２に開口部が形成されるようにしてもよい。例えば、レジストパターン１０４を形成した後、シクロヘキサンなどをエッチング液としたエッチングにより、図３（ｄ”）に示すように、上層樹脂膜１０３に開口部３１３が形成され、下層樹脂膜１０２に開口部３１２が形成された状態とする。この場合、膜厚方向だけではなく、シリコン基板１０１の主表面の平面方向にもエッチングが進行するため、開口部３１２，３１３は、レジストパターン１０３の開口部１０４より広く形成される。
【００２４】
この後、下層樹脂膜１０２は溶解して上層樹脂膜１０３は溶解しない溶剤を用い、下層樹脂膜１０２を選択的に除去すればよい。このことにより、図３（ｅ’）に示すように、下層樹脂膜１０２がシリコン基板１０１の主表面の平面方向に溶解され、下層樹脂膜１０２に、開口部３１３より広い開口部３２２が形成された状態が得られる。
【００２５】
なお、上述では、下層樹脂膜として可溶性ポリイミド（ＰＩ−１１７：丸善石油化学株式会社製）を用い、上層樹脂膜としてポリイミド（ＰＩ−１００：丸善石油化学株式会社製）を用いるようにしたが、これに限るものではない。
一般的に用いられる感光性レジスト材料より融点が高いポリイミド樹脂であり、特定の溶剤に対して一方は溶解せずに他方は溶解する２種類のポリイミド樹脂を用いるようにすればよい。特定の溶剤に対しては溶解するポリイミド樹脂を下層樹脂膜に用い、他方のポリイミド樹脂を上層樹脂膜に用いるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態におけるパターン形成方法の一例を示す工程図である。
【図２】本発明の他の実施の形態におけるパターン形成方法の一例を部分的に示す工程図である。
【図３】本発明の他の実施の形態におけるパターン形成方法の一例を部分的に示す工程図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０１…シリコン基板、１０２…下層樹脂膜、１０３…上層樹脂膜、１０４…レジストパターン、１０５…無機膜、１１２…開口部、１１３…開口部、１１４…開口部、１１５…無機パターン、１２２…開口部。
【図１】
2005136334.tif 000003
【図２】
2005136334.tif 000004
【図３】
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