JP2000150419A - 金属膜の堆積方法、配線パターンの形成方法及び配線パターンの構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸着やスパッタ等により金属膜を形成するに
際し、金属膜に庇状の凸部を形成する。この方法を利用
して逆テーパー形状を有しないレジストに逆テーパー形
状をしたレジストと同様な働きをさせる。 【解決手段】 基板１１の上に断面矩形状をしたレジス
トパターン１２を形成する。ついで、基板１１を回転さ
せながら、斜め方向からＡｌ粒子１５を飛来させること
により、レジストパターンの上に成膜されたＡｌ膜１３
の縁に庇状の凸部１３ａを形成する。ついで、基板１１
の回転を停止し、Ａｌ粒子１５を垂直に入射させると、
レジストパターン１２の開口１２ａ内には、庇状の凸部
１３ａに遮られることにより、開口１２ａの幅よりも狭
い配線パターン１４が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属膜の堆積方
法、配線パターンの形成方法及び配線パターンの構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】（第１の従来例）微細配線の形成方法の
一つとしては、図１（ａ）〜（ｆ）に示すようなリフト
オフ法が知られている。この手法においては、微細配線
を形成しようとする基板１の表面にレジスト２を塗布し
た［図１（ａ）（ｂ）］後、レジスト２の上にフォトマ
スク３を重ねて紫外線を照射し、フォトマスク３の開口
３ａを通してレジスト２に露光する［図１（ｃ）］。つ
いで、現像液でレジスト２を現像すると、紫外線の照射
されなかった領域のレジスト２が溶解除去されてフォト
マスク３の開口３ａと同じパターンのレジストパターン
４が得られる［図１（ｄ）］。

【０００３】金属材料を成膜した後のレジストパターン
４の剥離性を確保するためには、できるだけレジストパ
ターン４と微細配線６との密着性は低いほうが望まし
く、またレジストパターン４上の金属膜５と基板１上の
金属膜５はつながらないよう切り離す必要があるのでの
で、図１（ｄ）に示すように、この段階でレジストパタ
ーン４は上方で広くなった（開口４ａが開口端で狭くな
った）逆テーパー形状に成形される。レジストパターン
４を逆テーパー形状にするには、ネガ型レジストやＳｉ
含有レジストを用いる方法やイメージリバース法などが
用いられる。

【０００４】こうしてレジストパターンが逆テーパー形
状に成形されると、蒸着や低圧遠隔スパッタリングな
ど、粒子の垂直入射性の高い手法により、レジストパタ
ーン４及び基板１の上に金属膜５を堆積させる［図１
（ｅ）］。このときレジストパターン４の開口４ａを通
して基板１上には所定パターンに金属膜５が堆積する
が、レジストパターン４が逆テーパー形状をしているの
で、垂直入射により基板１上に堆積させられた金属膜５
の寸法はレジストパターン４の開口寸法で決まり、内部
で広くなったレジストパターンの開口４ａ内に堆積した
金属膜５とレジストパターン４の側面は密着せず隙間が
生じる。よって、これを有機溶剤に浸漬してレジスト剥
離を行うと、レジストパターン４の上の金属膜５がリフ
トオフによってレジストパターン４と共に剥離し、基板
１上に精度よく所望の微細配線６が得られる［図１
（ｆ）］。

【０００５】従来のリフトオフ法では、レジストパター
ン４の剥離性を確保しようとすれば、逆テーパー形状の
レジストパターン４を形成する必要があるが、上記のよ
うな従来のレジストパターニング手法では、レジストパ
ターン４を逆テーパー形状にしようとすれば、例えばネ
ガ型レジストを用いる方法やイメージリバース法では、
レジストの種類が限定されるという問題があり、Ｓｉ含
有レジストを用いる方法では、プロセスが複雑になると
いう問題があった。また、逆テーパ形状のレジストパタ
ーンでは根元が細くなるので、幅の狭い領域ではレジス
ト倒れの問題があり、微細なレジストパターンの形成
は、極めて困難である。

【０００６】一方、レジストパターン形状を矩形や順テ
ーパーにすれば、基板上に堆積した金属膜がレジストパ
ターンに密着するので、レジスト剥離が困難になる。ま
た、たとえレジスト剥離ができたとしても、レジスト剥
離の際に微細配線がレジストパターンに付着して部分的
に剥がれるという問題が発生しやすくなる。

【０００７】（第２の従来例）また、半導体素子の電極
では、配線抵抗を小さくするために下層電極の上に上層
電極を形成すると共に電極元素の拡散を防止するために
下層電極と上層電極の間に拡散バリア層等の中間電極を
設けたものがある。このような３層以上の電極構造で
は、中間電極の膜厚が薄いと、上層電極成膜時に上層電
極と下層電極の間にブリッジが発生し、短絡によって不
良が発生することがあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の技術的
問題点を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、蒸着やスパッタ等により金属膜を形成
するに際して、金属膜に庇状の凸部を形成する方法を提
供することにある。さらに、この庇状の凸部を利用して
逆テーパー形状を有しないレジストに逆テーパー形状を
したレジストと同様な働きをさせることにある。また、
この庇状の凸部を利用して３層以上の金属層において隣
接しない金属層間で短絡が発生するのを防止することに
ある。

【０００９】

【発明の開示】請求項１に記載の金属膜の堆積方法は、
蒸着やスパッタ等の物理的蒸着法によって金属膜を堆積
させる方法であって、堆積面へ斜め入射する飛来金属粒
子の入射方向を変化させることにより、堆積する金属膜
に庇状の凸部を形成することを特徴としている。

【００１０】金属膜の堆積面、例えばパターニングされ
たレジストや既に堆積している金属膜の上面などに斜め
方向から金属粒子を入射させると、金属粒子は堆積面の
側面や堆積した金属膜の側面にも付着するので、金属膜
は横方向にも成長する。そして、飛来金属粒子の入射方
向を変化させることによって、堆積面の各方向に金属膜
を成長させて庇状の凸部を形成することができる。

【００１１】飛来金属粒子の堆積面への入射方向を変化
させる方法としては、種々考えることができるが、例え
ば請求項２の実施態様で表現しているように、金属膜を
堆積させるための堆積面に対して垂直な回転軸の回りに
当該堆積面と金属粒子の飛来方向とを相対的に回転させ
ながら回転軸より傾いた方向から金属粒子を飛来させる
方法、金属膜を堆積させるための堆積面に対して垂直で
ない回転軸の回りに当該堆積面と金属粒子の飛来方向と
を相対的に回転させる方法、金属膜を堆積させるための
堆積面と金属の飛来方向とを相対的に揺動させる方法、
前記金属膜を成膜する際の成膜真空度を変化させる方
法、金属粒子を出射する成膜源と金属膜を堆積させるた
めの堆積面との距離を変化させる方法などが考えられ
る。これらの方法によれば、均一な凸部を簡単に形成す
ることができる。

【００１２】請求項３に記載の配線パターンの形成方法
は、基板の表面に塗布されたレジストを所定パターンに
パターニングする工程と、蒸着やスパッタ等の物理的蒸
着法により、基板表面もしくは基板上方の金属膜形成面
に飛来金属粒子を斜め入射させることによって金属粒子
を金属膜形成面に堆積させ、金属膜形成面に堆積した金
属膜の縁に庇状の凸部を形成する工程とを備えたことを
特徴としている。

【００１３】この配線パターンの形成方法によれば、請
求項１に記載した金属膜の堆積方法の原理により、配線
パターンもしくは配線パターンの中間形態において配線
パターンに庇状の凸部を形成することができる。従っ
て、この庇状の凸部を利用して断面逆テーパー状のレジ
ストパターンを用いることなく、レジストパターンの幅
よりも細幅の配線パターンを形成したり、中間部分の側
面で庇状に凸部が出た配線パターンなどを製作すること
が可能になる。

【００１４】請求項４に記載の配線パターンの形成方法
は、基板の表面に塗布されたレジストを所定パターンに
パターニングする工程と、蒸着やスパッタ等の物理的蒸
着法により、レジストの上に飛来金属粒子を斜め入射さ
せることによってレジストの上に堆積した金属膜の縁に
庇状の凸部を形成する工程と、レジストの開口内にほぼ
垂直に金属粒子を堆積させることによってレジストの開
口内に金属膜を堆積させる工程と、基板上のレジストを
レジスト上に堆積した金属膜と共に除去する工程とを備
えたことを特徴としている。

【００１５】この配線パターンの形成方法によれば、レ
ジストの上に堆積した金属膜の上に庇状の凸部が生じる
ので、レジストの断面が逆テーパー状でなくても、レジ
ストとその上の金属膜によって逆テーパー状のレジスト
と同様な働きをすることができる。すなわち、金属膜の
庇状の凸部によってレジストの開口が狭められて、レジ
ストの開口内にはレジストの開口幅よりも狭い配線パタ
ーンが生成する。

【００１６】従って、従来の逆テーパー状のレジストパ
ターンを用いる方法のように、レジストの種類が制限さ
れたり、製造プロセスが複雑になったりすることなく、
線幅の微細な配線パターンを得ることができる。

【００１７】請求項５に記載の配線パターンの構造は、
電極材料を複数層に積層した配線パターンの構造であっ
て、いずれかの電極材料層の縁が、その下層の電極材料
層及びその上層の電極材料層の側面より突出したことを
特徴としている。

【００１８】この配線パターンの構造は、請求項１によ
る庇状の凸部の形成方法を応用したものであって、例え
ば請求項３の方法によって製造される。この配線パター
ンでは、中央の電極材料層の縁が側面から庇状に突出し
ているので、その分だけ上層の電極材料層と下層の電極
材料層との沿面距離が長くなり、中央の電極材料層が薄
くても上下の電極材料層間でブリッジが発生したりしに
くくなり、配線パターンにおける層間の短絡不良を防止
することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図２（ａ）〜
（ｄ）に本発明の第１の実施形態による微細配線パター
ンの形成方法を示す。これは、矩形ポジ型レジストを用
いたリフトオフ法による微細配線形成の実施形態であ
る。

【００２０】まず、アルミナ基板１１上にポジ型レジス
ト（ＰＦＩ−２６；住友化学製）を回転塗布した後、フ
ォトリソグラフィーによりレジストをパターニングし、
図２（ａ）に示すような（断面）矩形状のレジストパタ
ーン１２を形成した。レジストパターン１２はライン・
アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）がＷ１＝０.５μｍのパタ
ーンで、レジスト膜厚はＴ１＝１μｍに設定した。そし
て、このレジストパターン１２を用いて、つぎの条件で
スパッタリングにより膜厚５００ｎｍのＡｌ膜１３を形
成した［図２（ｂ）（ｃ）］。

【００２１】このときＡｌ膜１３の成膜開始から３分間
は基板１１を９０ｒｐｍで回転（自転）させながらＡｌ
膜１３を堆積させた［図２（ｂ）］後、成膜終了までは
基板１１の回転を停止させてＡｌ膜１３を堆積させた
［図２（ｃ）］。成膜開始からの３分間(初期過程)にお
いては、図３（ａ）に示すように、基板１１を回転させ
ると共に飛来するＡｌ粒子１５の基板１１の回転軸Ｒに
対する入射角αを大きくしてＡｌ膜１３の回り込みを大
きくし、図３（ｂ）のように矩形のレジストパターン１
２の上面にＡｌ膜１３の庇１３ａを形成する。この庇１
３ａは、レジストパターン１２の開口内に張り出してい
るから、逆テーパー形状のレジストパターン１２と同様
の効果をもつレジストパターン１２及びＡｌ膜１３を形
成できたことになる。この後、基板１１の回転を停止
し、Ａｌ粒子１５の入射角αを小さくして（Ａｌ粒子１
５を垂直入射させて）Ａｌ膜１３の回り込みをなくす
と、Ａｌ膜１３の庇１３ａがＡｌ粒子１５を遮蔽するの
で、レジストパターン１２の開口内に堆積するＡｌ膜１
３（微細配線）の幅はレジストパターン１２の開口幅よ
りも狭くなり、図２（ｃ）のようにレジストパターン１
２の開口内ではレジストパターン１２とＡｌ膜１３との
間に隙間が生じる。

【００２２】この後、基板１１をアセトンに浸漬してレ
ジストパターン１２を剥離させると、レジストパターン
１２の上のＡｌ膜１３がレジストパターン１２と共に剥
離し、リフトオフによって基板１１上には所望のＡｌ配
線パターン１４（微細配線）を得ることができた。

【００２３】この実施形態の方法にあっては、基板１１
を回転させることによって、飛来するＡｌ粒子１５の配
線形成面への入射方向を変化させながらＡｌ膜１３を堆
積させ、レジストパターン１２の上にＡｌ膜１３の庇１
３ａを形成しているので、レジストパターン１２を逆テ
ーパー形状に形成することなく、逆テーパー形状のレジ
ストパターン１２と同様な機能を持たせることができ
る。従って、レジストパターン１２を逆テーパー状に形
成しなくてもリフトオフ法によって微細配線を形成する
ことができる。よって、従来の逆テーパー形状のレジス
トパターン１２を用いる方法と比較すると、レジスト材
料の制限がなく選択肢が今までよりも多くなり、また微
細配線の形成プロセスも簡略化することができる。

【００２４】（第２の実施形態）図４は本発明の第２の
実施形態による微細配線パターン（微細配線）の形成方
法を示す。これは金属層の庇を作る技術を利用したもの
であって、逆テーパー形状のレジストパターンを用いた
リフトオフ法により多層多線微細配線を形成するもので
ある。

【００２５】まず、サファイア基板２１上に化学増幅型
ネガレジスト（ＴＬＯＲ：東京応化製）を回転塗布し、
縮小投影露光方式により多線型構造の逆テーパー形状レ
ジストパターン２２を形成した［図４（ａ）］。このレ
ジストパターン２２の開口２２ａの幅Ｗ２は５０μｍ
で、レジスト膜厚Ｔ２は４μｍとした。

【００２６】そして、ＥＢ（電子ビーム）蒸着により、
基板２１側から順次Ｔｉ（膜厚５０ｎｍ）→Ａｕ（膜厚
１μｍ）→Ｔｉ（膜厚３０ｎｍ）→ＳｉＯ₂（膜厚２０
０ｎｍ）→Ａｌ（膜厚２μｍ）を成膜した［図４（ｂ）
（ｃ）（ｄ）］。このとき基板加熱および基板回転は行
っていない。ここで、Ｔｉ、Ａｕ、Ｔｉからなる下層電
極２３の成膜時［図４（ｂ）］には、ガス圧力を２×１
０^-4〜６×１０^-4Ｐａとし、ＳｉＯ₂からなる中間電極
２４の成膜時［図４（ｃ）］のみＯ₂ガスを導入して２
×１０^-1Ｐａの圧力下で成膜を行い、Ａｌからなる上層
電極２５の成膜時［図４（ｄ）］には、再度ガス圧力を
２×１０^-4〜６×１０^-4Ｐａとした。

【００２７】こうしてＳｉＯ₂からなる中間電極２４の
成膜時のみ圧力を上げると、ブラウン運動（ガス粒子と
の衝突）によって粒子の入射角のばらつきが大きくな
り、その結果粒子の入射角αが大きくなるので、中間電
極２４だけ回り込みが大きい状態で成膜され、レジスト
パターン２２の開口２２ａ内及びレジストパターン２２
の上面では下層電極２３（Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ）の上に形
成された中間電極２４の縁が庇状に突出する。そして、
レジストパターン２２の上面で中間電極２４の縁に形成
された庇状の凸部２４ａのためにレジストパターン２２
の開口２２ａ内では、中間電極２４の上に形成される上
層電極２５の幅が中間電極２４の幅よりも狭くなり、こ
の結果、中間電極の縁は下層電極２３と上層電極２５の
間で庇状に突出して凸部２４ａが形成される。

【００２８】Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉからなる下層電極２３、
ＳｉＯ₂からなる中間電極２４、Ａｌからなる上層電極
２５を成膜した後、基板２１をアセトンに浸漬してリフ
トオフを行って所望の多層多線微細配線パターン２６を
得た［図４（ｅ）］。

【００２９】このような多層配線では、中間電極２４の
膜厚が薄いために、下層電極２３（Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ）
と上層電極２５（Ａｌ）との間で短絡が発生し易かった
が、この実施形態では、中間電極２４を庇状に形成して
周囲に張り出させているので、下層電極２３と上層電極
２５の間のブリッジによる短絡を防止でき、信頼性が高
く、不良率の低い多層電極を作製できるようになった。

【００３０】なお、飛来粒子の入射方向もしくは堆積粒
子の飛来方向を変化させる方法としては、図３に示した
ように、飛来粒子１５の入射方向を基板１１に垂直な方
向（回転軸方向）から傾けた状態で基板１１を回転（自
転、公転）させる方法や、第２の実施形態のように成膜
真空度（チャンバ内のガス圧）を制御する方法以外に
も、種々の方法が考えられる。例えば、図５に示すよう
に、基板１１を回転軸Ｒに対して傾けて配置し、飛来粒
子１５を基板１１の回転軸Ｒと平行に入射させるように
してもよい。

【００３１】また、図６に示すように、蒸着源やターゲ
ット等の成膜源と基板との距離を変化させてもよい。す
なわち、成膜源と基板１１との距離を大きくすると、基
板１１へ入射する飛来粒子１５ａの入射方向はほぼ平行
となるのに対し、成膜源と基板１１との距離が短くなる
と、基板１１へ入射する飛来粒子１５ｂの入射方向のば
らつきが大きくなるので、庇状の凸部が大きくなる。ま
た、図７に示すように、基板１１を静止させ、蒸着源や
ターゲット等の成膜源の位置を変化させることにより、
飛来粒子１５の方向を変化させ、庇状の凸部を形成する
ようにしてもよい。また、線状の配線の場合のように、
庇状の凸部が配線の両側面にのみ形成できればよい場合
には、図８に示すように、基板１１をシーソー状に揺動
させてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｆ）は従来の微細配線の形成方法を
示す概略断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態による微
細配線の形成方法を示す概略断面図である。

【図３】（ａ）はＡｌ粒子を斜めに打込んでいるようす
を示す断面図、（ｂ）はレジストパターンの上に堆積し
た金属層を示す断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の別な実施形態による
微細配線の形成方法を示す概略断面図である。

【図５】Ａｌ粒子を斜め入射させる別な方法を説明する
断面図である。

【図６】Ａｌ粒子を斜め入射させるさらに別な方法を説
明する断面図である。

【図７】Ａｌ粒子を斜め入射させるさらに別な方法を説
明する断面図である。

【図８】Ａｌ粒子を斜め入射させるさらに別な方法を説
明する断面図である。

【符号の説明】

１１ アルミナ基板 １２ レジストパターン １３ Ａｌ膜 １３ａ Ａｌ膜の庇 １４ Ａｌ配線パターン １５ Ａｌ粒子（飛来粒子） ２１ サファイア基板 ２２ 逆テーパー形状のレジストパターン ２３ 下層電極 ２４ 中間電極 ２５ 上層電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 正幸 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 4K029 AA07 BA01 BA03 BA05 BA17 BA46 BB02 BB03 BD02 CA01 CA05 EA00 EA03 EA07 HA07 JA02 4M104 AA10 BB02 BB14 DD34 DD35 DD37 DD68 FF13 5F033 HH08 HH13 HH18 JJ13 JJ18 MM08 PP15 PP19 PP21 QQ41 RR04 SS08 SS10 SS17 XX31

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸着やスパッタ等の物理的蒸着法によっ
   て金属膜を堆積させる方法であって、 堆積面へ斜め入射する飛来金属粒子の入射方向を変化さ
   せることにより、堆積する金属膜に庇状の凸部を形成す
   ることを特徴とする金属膜の堆積方法。
2. 【請求項２】 金属膜を堆積させるための堆積面に対し
   て垂直な回転軸の回りに当該堆積面と金属粒子の飛来方
   向とを相対的に回転させながら回転軸より傾いた方向か
   ら金属粒子を飛来させる方法、金属膜を堆積させるため
   の堆積面に対して垂直でない回転軸の回りに当該堆積面
   と金属粒子の飛来方向とを相対的に回転させる方法、金
   属膜を堆積させるための堆積面と金属の飛来方向とを相
   対的に揺動させる方法、前記金属膜を成膜する際の成膜
   真空度を変化させる方法、金属粒子を出射する成膜源と
   金属膜を堆積させるための堆積面との距離を変化させる
   方法のうち、少なくとも１つの方法により飛来金属粒子
   の堆積面への入射方向を変化させるようにしたことを特
   徴とする、請求項１に記載の金属膜の堆積方法。
3. 【請求項３】 基板の表面に塗布されたレジストを所定
   パターンにパターニングする工程と、 蒸着やスパッタ等の物理的蒸着法により、基板表面もし
   くは基板上方の金属膜形成面に飛来金属粒子を斜め入射
   させることによって金属粒子を金属膜形成面に堆積さ
   せ、金属膜形成面に堆積した金属膜の縁に庇状の凸部を
   形成する工程と、を備えた配線パターンの形成方法。
4. 【請求項４】 基板の表面に塗布されたレジストを所定
   パターンにパターニングする工程と、 蒸着やスパッタ等の物理的蒸着法により、レジストの上
   に飛来金属粒子を斜め入射させることによってレジスト
   の上に堆積した金属膜の縁に庇状の凸部を形成する工程
   と、 レジストの開口内にほぼ垂直に金属粒子を堆積させるこ
   とによってレジストの開口内に金属膜を堆積させる工程
   と、 基板上のレジストをレジスト上に堆積した金属膜と共に
   除去する工程と、を備えた配線パターンの形成方法。
5. 【請求項５】 電極材料を複数層に積層した配線パター
   ンの構造であって、いずれかの電極材料層の縁が、その
   下層の電極材料層及びその上層の電極材料層の側面より
   突出していることを特徴とする配線パターンの構造。