(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターニングすべき薄膜上に少なくとも１つの剥離可能な膜を形成し、該少なくとも１つの剥離可能な膜上に、ほぼ垂直な段差側壁を有する無機材料による段差膜を形成し、前記少なくとも１つの剥離可能な膜並びに前記段差膜の上面及び前記段差側壁上にスペース形成用膜を形成し、該スペース形成用膜上に無機材料による平坦化用膜を成膜し、該平坦化用膜、前記スペース形成用膜及び前記段差膜について少なくとも該段差膜が露出するまで表面を平坦化した後、前記平坦化用膜及び前記段差膜を残して前記段差側壁上のスペース形成用膜の少なくとも一部を除去し、指向性エッチングにより前記段差側壁上の該スペース形成用膜の下方に位置していた前記少なくとも１つの剥離可能な膜及び前記パターニングすべき薄膜を除去した後、該少なくとも１つの剥離可能な膜及び該膜上に積層されている膜を除去することを特徴とする薄膜パターニング方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの剥離可能な膜として、有機膜及び該有機膜上に無機材料からなるバリア膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記段差側壁上のスペース形成用膜の少なくとも一部を除去することが、前記平坦化用膜及び前記段差膜を残して前記段差側壁上のスペース形成用膜の一部のみを除去し、指向性エッチングにより前記段差側壁上のスペース形成用膜の残り、前記段差側壁上の該スペース形成用膜の下方に位置していた前記少なくとも１つの剥離可能な膜及び前記パターニングすべき薄膜を除去するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記段差側壁上のスペース形成用膜の少なくとも一部を除去することが、前記平坦化用膜及び前記段差膜を残して前記段差側壁上のスペース形成用膜の全てを除去するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜パターニング方法を用いて少なくとも一部の薄膜パターンを形成することを特徴とする薄膜デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜パターニング方法を用いて少なくとも一部の薄膜パターンを形成することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス及び薄膜デバイスにおける薄膜のパターニング方法、薄膜デバイスの製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、半導体デバイス及び薄膜デバイスの分野における従来の薄膜パターニング方法を示す工程図である。以下同図を用いて、従来の最も一般的な薄膜パターニング方法を説明する。
【０００３】
まず、同図（Ａ）に示す基板１０を用意し、その上に、同図（Ｂ）に示すようにパターニングすべき薄膜（被パターニング薄膜）１１をスパッタリング法等によって成膜する。次いで、同図（Ｃ）に示すように、その上にレジストパターン１５を形成する。このレジストパターン１５は、レジスト材料を被パターニング薄膜１１上に塗布し、所定のマスクを介して露光を行い、現像することで形成される。次いで、同図（Ｄ）に示すように、このレジストパターン１５をマスクとして、エッチングにより被パターニング薄膜１１をパターニングする。次いで、同図（Ｅ）に示すように、レジストパターン１５を除去することにより、所望の形状にパターニングされた被パターニング薄膜１１´を得る。
【０００４】
特開２００１−４４５３０号公報には、このような薄膜パターニング方法の一例が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被パターニング薄膜上にレジストパターンを形成してエッチングによりパターニングする従来の薄膜パターニング方法によると、形成される薄膜パターンのトレンチ幅の狭小化限度が、レジストパターンの形成可能な狭小化限度によって規定されてしまうため、より狭いトレンチ幅を得ることはできなかった。即ち、レジスト材料、露光機、露光光源や露光方法等によって規定されるレジストパターンの最小の開口幅よりも狭いトレンチ幅を有する薄膜パターンを得ることは不可能であった。
【０００６】
従って本発明の目的は、レジストパターンの形成技術に依存することなく、より狭い孤立トレンチ幅を得ることができる薄膜パターニング方法、薄膜デバイスの製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、パターニングすべき薄膜上に少なくとも１つの剥離可能な膜を形成し、この少なくとも１つの剥離可能な膜上に、ほぼ垂直な段差側壁を有する無機材料による段差膜を形成し、少なくとも１つの剥離可能な膜並びに段差膜の上面及び段差側壁上にスペース形成用膜を形成し、このスペース形成用膜上に無機材料による平坦化用膜を成膜し、平坦化用膜、スペース形成用膜及び段差膜について少なくとも段差膜が露出するまで表面を平坦化した後、平坦化用膜及び段差膜を残して段差側壁上のスペース形成用膜の少なくとも一部を除去し、指向性エッチングにより段差側壁上のスペース形成用膜の下方に位置していた少なくとも１つの剥離可能な膜及びパターニングすべき薄膜を除去した後、少なくとも１つの剥離可能な膜及び該膜上に積層されている膜を除去する薄膜パターニング方法、このパターニング方法を用いて少なくとも一部の薄膜パターンを形成する薄膜デバイス又は薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【０００８】
パターニングすべき薄膜（被パターニング薄膜）上に剥離可能な膜を形成し、その上にほぼ垂直な段差側壁を有する無機材料による段差膜を形成し、その段差側壁上にスペース形成用膜を成膜する。このスペース形成用膜上に無機材料による平坦化用膜を成膜し、表面を平坦化した後、段差側壁上のスペース形成用膜の少なくとも一部を除去する。次いで、指向性エッチングにより段差側壁上のスペース形成用膜の下方に位置していた剥離可能な膜及び被パターニング薄膜を除去した後、この剥離可能な膜をリフトオフ法により除去する。これにより、被パターニング薄膜には、スペース形成用膜の膜厚に相当するトレンチ幅を有する孤立トレンチがパターニングされることとなる。スペース形成用膜の膜厚は、現在の薄膜技術においては、０．１ｎｍ程度まで制御可能（理論的には限りなく零に近い値まで制御可能）であるため、極めて狭い孤立トレンチ幅を達成できる。即ち、レジストパターンの形成技術に依存することなくスペース形成用膜の膜厚にのみ依存する非常に狭い孤立トレンチ幅を得ることができる。
【０００９】
少なくとも１つの剥離可能な膜として、有機膜及び該有機膜上に無機材料からなるバリア膜を形成することが好ましい。
【００１０】
段差側壁上のスペース形成用膜の少なくとも一部を除去する工程が、平坦化用膜及び段差膜を残して段差側壁上のスペース形成用膜の一部のみを除去し、指向性エッチングにより段差側壁上のスペース形成用膜の残り、段差側壁上のスペース形成用膜の下方に位置していた少なくとも１つの剥離可能な膜及びパターニングすべき薄膜を除去する工程であること、又は平坦化用膜及び段差膜を残して段差側壁上のスペース形成用膜の全てを除去する工程であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の一実施形態における薄膜パターニング方法を示す工程図である。被パターニング薄膜としては、半導体デバイス又は薄膜デバイスのいかなる部分の膜であっても良い。薄膜磁気ヘッドにおいては、例えば、磁気抵抗効果素子のトラック幅を決定するリード導体部分の薄膜又は多層膜等である。
【００１２】
同図（Ａ）に示すように、まず、基板又はパターニングすべき薄膜の下層となる層２０を用意し、その上に、同図（Ｂ）に示すように被パターニング薄膜２１をスパッタリング法、ＣＶＤ（化学的気相成長）法、めっき法等によって成膜する。
【００１３】
次いで、同図（Ｃ）に示すように、この被パターニング薄膜２１上に例えばレジスト等の有機材料をスピンコート法等によって塗布して有機膜２２を形成する。具体的なレジスト材料としては、ポリグリシジルメタクリレート、グリシジルメタクリレート及びエチルアクリレート重合体、クロロメチル化ポリスチレン、ポリビニルフェノール＋アジド化合物、及びノボラック系樹脂＋架橋剤＋酸発生剤等のネガ型レジスト材料や、ポリメチルメタクリレート、ポリ（ブテン−１−スルホン）、ノボラック系樹脂＋溶解阻害剤、例えばＰＭＰＳ（ポリ（２−メチルペンテン−１−スルホン）、ポリ（２，２，２−トリフルオロエチル−２−クロロアクリレート）、アルファメチルスチレン及びアルファクロロアクリル酸の共重合体、及びノボラック系樹脂＋キノンジアジド等のポジ型レジスト材料等がある。
【００１４】
さらに、その上に例えば金属材料、酸化材料又は窒化材料等の無機材料によるバリア膜２３をスパッタリング法又はＣＶＤ法等によって成膜する。このバリア層２３は、以後に行われる工程において、有機膜２２がダメージを受けないようにこれを保護するためのセパレータとして働く。なお、これら有機膜２２及びバリア膜２３が本発明の剥離可能な膜に対応する。
【００１５】
次いで、同図（Ｄ）に示すように、その上に無機材料による段差膜形成用の膜２４をスパッタリング法又はＣＶＤ法等によって成膜する。
【００１６】
次いで、同図（Ｅ）に示すように、この膜２４上にレジスト材料を塗布してマスクを介する露光及び現像を行うことによって段差を形成するためのレジストパターン２５を形成する。
【００１７】
次いで、同図（Ｆ）に示すように、このレジストパターン２５をマスクとしたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、イオンミリング等のドライエッチングによって膜２４をパターニングし、その後、レジストパターン２５を、アセトン等の有機溶剤で溶解除去するか又はアッシングにより除去することによって、無機材料による段差膜２４´を得る。この段差膜２４´の段差側壁２４ａ´は、その下方の被パターニング薄膜２１の表面に対して、ほぼ垂直であることが好ましい。
【００１８】
次いで、同図（Ｇ）に示すように、この段差膜２４´の上面及び段差側壁２４ａ´、さらにバリア層２２の表面上に、スペース形成用膜２６を成膜する。即ち、例えばＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＮｉＦｅ等の酸等に容易に溶解する金属材料又は卑金属材料をスパッタリング法、ＣＶＤ法、めっき法等によって成膜するか、又は樹脂等の有機材料をスパッタリング法、スピンコート法、ＣＶＤ法等によって成膜する。スパッタリング法を用いる場合は、基板を傾けた状態で回転させてスパッタリングを行う等の方法により、段差膜２４´の段差側壁２４ａ´にもスペース形成用膜２６が成膜されるようにする。このスペース形成用膜２６の膜厚、特に段差側壁２４ａ´上のスペース形成用膜２６の膜厚は、被パターニング薄膜２１のパターニングすべきトレンチ幅に等しく設定する。
【００１９】
次いで、同図（Ｈ）に示すように、このスペース形成用膜２６上に無機材料をスパッタリング法、ＣＶＤ法等によって成膜し、平坦化用膜２７を形成する。
【００２０】
次いで、同図（Ｉ）に示すように、この平坦化用膜２７の表面をＣＭＰ（化学的機械的研磨）法等により平坦化する。この平坦化は、少なくとも段差膜２４´が露出してスペース形成用膜２６の段差側壁２４ａ´に沿った立上り部分２６ａ（垂直部分）の上端が完全に露出するまで行われる。
【００２１】
次いで、同図（Ｊ）に示すように、スペース形成用膜２６が酸等に容易に溶解する金属材料で形成されている場合は酸等を用いたウェットエッチングにより、卑金属材料で形成されている場合はＲＩＥ等のドライエッチングによりその立ち上がり部分２６ａを完全になくなるまで除去する。また、同図（Ｋ）に示すように、スペース形成用膜２６の立上り部分２６ａを一部残した状態であっても良い。さらに、同図（Ｌ）に示すように、ウェットエッチングの場合、立上り部分２６ａを越えてスペース形成用膜２６の水平部分２６ｂの一部まで除去しても良い。スペース形成用膜２６が樹脂等の有機材料で形成されている場合は、その立上り部分２６ａの途中までを有機溶剤等で溶かすことが行われる。
【００２２】
その後、同図（Ｍ）に示すように、無機材料による平坦化された膜２７´及び無機材料による段差膜２４´をマスクとして用い、ＲＩＥ等の指向性ドライエッチングを行うことによって、スペース形成用膜２６の立上り部分２６ａが残されている場合はその残された部分、バリア膜２３、有機膜２２及び被パターニング膜２１をエッチング除去し、パターニングされたバリア膜２３´、有機膜２２´及び被パターニング膜２１´を得る。
【００２３】
次いで、同図（Ｎ）に示すように、有機溶剤等によって、有機膜２２´を溶解させて、その上のバリア膜２３´、スペース形成用膜２６、平坦化された膜２７´及び段差膜２４´をリフトオフし、非常に狭い孤立トレンチ２８を有するようにパターニングされた薄膜２１´を得る。
【００２４】
このように本実施形態によれば、被パターニング薄膜２１には、スペース形成用膜２６の膜厚に相当するトレンチ幅を有する孤立トレンチ２８がパターニングされることとなる。スペース形成用膜２６の膜厚は、かなり小さい値（理論的には限りなく零に近い値）まで非常に精度良く制御できるため、極めて狭い孤立トレンチ幅を達成できる。即ち、レジストパターンの形成技術に依存することなくスペース形成用膜２６の膜厚にのみ依存する非常に狭い孤立トレンチ幅を得ることができる。
【００２５】
【実施例】
以下本発明の実施例について説明する。
【００２６】
まず、基板２０をＳｉで構成し、その表面にスパッタリング法でＡｕを３０ｎｍの厚さに成膜し、被パターニング薄膜２１を形成した。この場合のスパッタリング装置及び条件は、
0003840925.tif 000002
であった。
【００２７】
次いで、ＰＭＧＩ（ポリグルタールイミド）のシクロペンタノン溶液を被パターニング薄膜２１上にスピンコートし、１７０℃で３分間ベークすることにより、厚さが３０ｎｍの有機膜（ＰＭＧＩ膜）２２を形成した。
【００２８】
さらに、その上にスパッタリング法でＡｕを３０ｎｍの厚さに成膜し、バリア層２３を形成した。この場合のスパッタリング装置及び条件は、
0003840925.tif 000003
であった。
【００２９】
次いで、その上にスパッタリング法でＡｌ２Ｏ３を０．５μｍの厚さに成膜し、段差膜形成用の膜２４を形成した。この場合のスパッタリング装置及び条件は、
0003840925.tif 000004
であった。
【００３０】
次いで、この膜２４上にレジストパターン２５をプリントした。その条件は、
0003840925.tif 000005
である。
【００３１】
次いで、このレジストパターン２５をマスクとしたＲＩＥ法でＡｌ２Ｏ３による段差膜形成用の膜２４をエッチングし、その後、残ったレジストパターン２５をアセトンにて溶解除去した。これにより、Ａｌ２Ｏ３による段差膜２４´が得られた。この段差膜２４´の側面は、高さ０．５μｍの垂直に立上った段差側壁２４ａ´となった。このＲＩＥの条件は、
0003840925.tif 000006
であった。
【００３２】
次いで、この段差膜２４´の上面及び段差側壁２４ａ´さらにバリア層２２の表面上にスパッタリング法でＣｕを２０ｎｍの厚さに成膜し、スペース形成用膜２６を形成した。この場合のスパッタリング装置及び条件は、
0003840925.tif 000007
であった。
【００３３】
次いで、このスペース形成用膜２６上にスパッタリング法でＡｌ２Ｏ３を０．５μｍの厚さに成膜し、平坦化用膜２７を形成した。この場合のスパッタリング装置及び条件は、
0003840925.tif 000008
であった。
【００３４】
次いで、ＣＭＰにより、段差膜２４´の厚さが０．４μｍになるまで、平坦化用膜２７、スペース形成用膜２６及び段差膜２４´の表面を研磨し除去して平坦化した。この場合のＣＭＰ装置及び条件は、
0003840925.tif 000009
であった。
【００３５】
次いで、３０％−ＦｅＣｌ３水溶液でウェットエッチングを行い、スペース形成用膜２６の立上り部分２６ａを全て溶解除去した。これにより、２０ｎｍのトレンチ幅を有するＡｌ２Ｏ３のトレンチＲＩＥマスクが形成された。
【００３６】
その後、このＡｌ２Ｏ３トレンチパターンをマスクとしたＲＩＥ法で、バリア膜２３、有機膜２２及び被パターニング膜２１を順次エッチング除去し、パターニングされたバリア膜２３´、有機膜２２´及び被パターニング膜２１´を得た。このＲＩＥの条件は、
0003840925.tif 000010
であった。
【００３７】
次いで、基板をＮ−メチルピロリドン（Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ（ＮＭＰ））中にて浸漬揺動し、ＰＭＧＩ膜である有機膜２２´を溶解させ、その上のバリア膜２３´、スペース形成用膜２６、平坦化された膜２７´及び段差膜２４´をリフトオフ除去した。
【００３８】
その結果、厚さ３０ｎｍ、トレンチ幅２０ｎｍのＡｕ薄膜パターンが得られた。
【００３９】
以上述べた実施形態及び実施例は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、パターニングすべき薄膜（被パターニング薄膜）上に剥離可能な膜を形成し、その上にほぼ垂直な段差側壁を有する無機材料による段差膜を形成し、その段差側壁上にスペース形成用膜を成膜する。このスペース形成用膜上に無機材料による平坦化用膜を成膜し、表面を平坦化した後、段差側壁上のスペース形成用膜の少なくとも一部を除去する。次いで、指向性エッチングにより段差側壁上のスペース形成用膜の下方に位置していた剥離可能な膜及び被パターニング薄膜を除去した後、この剥離可能な膜をリフトオフ法により除去する。これにより、被パターニング薄膜には、スペース形成用膜の膜厚に相当するトレンチ幅を有する孤立トレンチがパターニングされることとなる。スペース形成用膜の膜厚は、現在の薄膜技術においては、０．１ｎｍ程度まで制御可能（理論的には限りなく零に近い値まで制御可能）であるため、極めて狭い孤立トレンチ幅を達成できる。即ち、レジストパターンの形成技術に依存することなくスペース形成用膜の膜厚にのみ依存する非常に狭い孤立トレンチ幅を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体デバイス及び薄膜デバイスの分野における従来の薄膜パターニング方法を示す工程図である。
【図２】本発明の一実施形態における薄膜パターニング方法を示す工程図である。
【符号の説明】
２０  基板又はパターニングすべき薄膜の下層となる層
２１  パターニングすべき薄膜
２１´  パターニングされた薄膜
２２  有機膜
２２´  パターニングされた有機膜
２３  バリア膜
２３´  パターニングされたバリア膜
２４  段差膜形成用の膜
２４´  段差膜
２４ａ´  段差側壁
２５  レジストパターン
２６  スペース形成用膜
２６ａ  立上り部分
２７  平坦化用膜
２７´  平坦化された膜
２８  孤立トレンチ
【図１】
0003840925.tif 000011
【図２】
0003840925.tif 000012