JPS6255693B2 - - Google Patents

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JPS6255693B2
JPS6255693B2 JP53143643A JP14364378A JPS6255693B2 JP S6255693 B2 JPS6255693 B2 JP S6255693B2 JP 53143643 A JP53143643 A JP 53143643A JP 14364378 A JP14364378 A JP 14364378A JP S6255693 B2 JPS6255693 B2 JP S6255693B2
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JP
Japan
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film
pattern
photoresist pattern
semiconductor substrate
photoresist
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JP53143643A
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Japanese (ja)
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Kazuya Kikuchi
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置の製造方法、特に、半導
体集積回路(LSI)の製造に必要とされる微細加
工に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular to microfabrication required for manufacturing a semiconductor integrated circuit (LSI).

従来から、半導体装置の製造において、導体膜
のパターンを形成する方法として、感光性樹脂膜
(以下、ホトレジストという)を用いたリフトオ
フ法によつて導体膜のパターンを形成する方法が
ある。
Conventionally, in the manufacture of semiconductor devices, there is a method of forming a pattern of a conductor film by a lift-off method using a photosensitive resin film (hereinafter referred to as photoresist).

まず、導体膜、特にAl膜の従来のパターン形
成法についての一例を第1図により説明する。
First, an example of a conventional pattern forming method for a conductive film, particularly an Al film, will be explained with reference to FIG.

その工程は、酸化膜(以下、SiO2膜という)
2の形成された半導体基板1上にホトリソ技術に
よりホトレジストパターン3を形成する(第1図
a)。次に、半導体基板1上にAl膜4を全面に蒸
着したのち(第1図b)、レジスト剥離液により
ホトレジストパターン3′を除去すると同時にホ
トレジストパターン3′上のAl膜4を除去するこ
とによつてAlパターン5を形成する(第1図
c)。
The process involves forming an oxide film (hereinafter referred to as SiO 2 film)
A photoresist pattern 3 is formed on the semiconductor substrate 1 on which the pattern 2 is formed by photolithography (FIG. 1a). Next, after depositing an Al film 4 on the entire surface of the semiconductor substrate 1 (FIG. 1b), the photoresist pattern 3' is removed using a resist stripping solution, and at the same time, the Al film 4 on the photoresist pattern 3' is removed. Thus, an Al pattern 5 is formed (FIG. 1c).

しかるに、上記のようなリフトオフ法において
は、Al膜4を蒸着した際、ホトレジストパター
ン3′側面部にはAl膜4が薄くしか蒸着されず、
しかもピンホールが非常に多く存在する状態にす
ることが必要である。
However, in the above lift-off method, when the Al film 4 is deposited, the Al film 4 is only thinly deposited on the side surface of the photoresist pattern 3';
Moreover, it is necessary to create a state in which there are a large number of pinholes.

その理由は、Al膜4を蒸着した後、Alパター
ンを形成するためにホトレジストパターン3′を
レジスト剥離液により除去するが、この場合、
Al膜4のピンホールを通じて、レジスト剥離液
がホトレジストパターン3′内に浸透することに
よりホトレジストパターン3′の除去が行なわれ
る。それと同時にホトレジストパターン3′上の
Al膜4も除去されることによりAlパターン5を
形成するためである。
The reason for this is that after depositing the Al film 4, the photoresist pattern 3' is removed using a resist stripping solution in order to form an Al pattern.
The resist stripping liquid permeates into the photoresist pattern 3' through the pinholes in the Al film 4, thereby removing the photoresist pattern 3'. At the same time, on the photoresist pattern 3'
This is because the Al pattern 5 is formed by removing the Al film 4 as well.

しかし、上記方法においては、Al膜4の蒸着
時における半導体基板1の温度上昇によりホトレ
ジストパターン3′が軟化し、パターン巾が拡が
るとともにホトレジストパターン3′のエツジ部
分が丸みをおびる。そのため、第1図cに示すよ
うにエツジ部分が丸みをおびているホトレジスト
パターン3′上にAl膜4を形成しても、ホトレジ
ストパターン3′側面部には他の領域の膜厚と同
様に膜厚の厚いAl膜4が形成される。したがつ
て、Al膜の膜厚が厚くなれば、ホトレジストパ
ターン側面部のAl膜の膜厚が厚くなるため、Al
膜のピンホールが少なくなりレジスト剥離液によ
つてホトレジストパターンを除去しようとしても
レジスト剥離液がAl膜のピンホールを通じて浸
透しにくいため、リフトオフが困難で歩留りの悪
いものであつた。たとえば、膜厚が1.5μmのホ
トレジストパターンを用いてリフトオフにより
Alパターンを形成する場合、Al膜の膜厚が0.5μ
m以下でなければリフトオフすることが困難であ
つた。また、このような方法によつて形成した
Alパターンは、リフトオフに用いたホトレジス
トパターンのパターン巾が拡がるとともエツジ部
分が丸みをおびているため所望のパターン巾を得
ることが困難であつた。
However, in the above method, the photoresist pattern 3' softens due to the temperature rise of the semiconductor substrate 1 during the deposition of the Al film 4, the pattern width increases, and the edges of the photoresist pattern 3' become rounded. Therefore, even if the Al film 4 is formed on the photoresist pattern 3' with rounded edges as shown in FIG. A thick Al film 4 is formed. Therefore, as the thickness of the Al film increases, the thickness of the Al film on the side surfaces of the photoresist pattern also increases.
As the number of pinholes in the film decreases, even if an attempt is made to remove the photoresist pattern with a resist stripper, the resist stripper has difficulty penetrating through the pinholes in the Al film, making lift-off difficult and resulting in poor yield. For example, by using a photoresist pattern with a film thickness of 1.5 μm,
When forming an Al pattern, the thickness of the Al film is 0.5μ
It was difficult to lift off unless it was less than m. In addition, the material formed by this method
With the Al pattern, it was difficult to obtain a desired pattern width because the edge portions were rounded as the pattern width of the photoresist pattern used for lift-off increased.

本発明の目的は、比較的膜厚の厚い導体膜でも
微細パターンの形成法留りが高く、しかも、正確
な導体パターンが形成でき、工程の簡略化のでき
る微細加工の方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a microfabrication method that can form a fine pattern even with a relatively thick conductor film, has a high retention rate, can form an accurate conductor pattern, and can simplify the process. be.

すなわち、本発明はホトリソ技術により半導体
基板上にホトレジストパターンを形成し、たとえ
ばガスプラズマにより上記ホトレジストパターン
表面を硬化した後、導電膜を全面に蒸着し、半導
体基板に適度な熱処理を施してホトレジストパタ
ーンを発泡させた後リフトオフ剤として用いて導
体膜のパターンを形成する方法を提供することで
ある。
That is, the present invention forms a photoresist pattern on a semiconductor substrate by photolithography, hardens the surface of the photoresist pattern by, for example, gas plasma, deposits a conductive film on the entire surface, and subjects the semiconductor substrate to appropriate heat treatment to form the photoresist pattern. An object of the present invention is to provide a method for forming a pattern of a conductive film by foaming the foam and using it as a lift-off agent.

本発明は、半導体基板上に形成されたホトレジ
ストパターンをたとえばガスプラズマ中で数分間
熱処理することによりホトレジストパターンと半
導体基板との密着を良くした。同時に、本発明で
はホトレジストパターン表面を硬化することによ
り導体膜例えば、Al膜蒸着時における半導体基
板の温度上昇によるホトレジストパターンの変形
をなくし、Al膜を蒸着した際、ホトレジストパ
ターン側面部にはAl膜が薄くしか蒸着されない
ようにした。さらに、本発明ではAl膜を蒸着し
た後、半導体基板に適度な熱処理を施すことによ
りAl膜と半導体基板との密着を良くすると同時
に、ホトレジストパターンを発泡させ、ホトレジ
ストパターン上のAl膜及びホトレジストパター
ン側面部の膜厚の薄いAl膜に多くピンホールを
存在させた状態でホトレジストパターンをリフト
オフ剤として用いることを特徴とする製造方法で
ある。
The present invention improves the adhesion between the photoresist pattern and the semiconductor substrate by heat-treating the photoresist pattern formed on the semiconductor substrate in, for example, gas plasma for several minutes. At the same time, in the present invention, by hardening the surface of the photoresist pattern, deformation of the photoresist pattern due to the temperature rise of the semiconductor substrate during deposition of a conductor film, for example, an Al film, is eliminated, and when the Al film is deposited, the side surface of the photoresist pattern is covered with an Al film. is deposited only thinly. Furthermore, in the present invention, after depositing the Al film, the semiconductor substrate is subjected to appropriate heat treatment to improve the adhesion between the Al film and the semiconductor substrate, and at the same time, the photoresist pattern is foamed, and the Al film on the photoresist pattern and the photoresist pattern are This manufacturing method is characterized by using a photoresist pattern as a lift-off agent with many pinholes present in the thin Al film on the side surface.

本発明は、微細な例えばAl膜のパターン形成
においてプロセス歩留りを大巾に改善し、工程の
簡略化を可能としたものであり、以下本発明を実
施例とともに説明する。
The present invention greatly improves the process yield and simplifies the process in forming fine patterns of, for example, Al films.The present invention will be described below with reference to Examples.

第2図は、ホトレジストを用いてリフトオフに
より半導体基板上にAlパターンを形成する本発
明の一実施例の工程を示す。
FIG. 2 shows the steps of an embodiment of the present invention in which an Al pattern is formed on a semiconductor substrate by lift-off using a photoresist.

熱酸化法によりSiO2膜11が形成された半導
体基板10上にホトリソ技術により所望のホトレ
ジストパターン12を形成する(第2図a)。本
実施例では、ポジタイプのホトレジストを用い、
膜厚を1.5〜2.0μmとした。次に、上記半導体基
板10を例えば0.6〜0.8Torr、150〜300WのN2
スプラズマ雰囲気あるいは0.4〜0.6Torr、20〜
40WのCF4ガスプラズマ雰囲気中で1〜10分間程
度熱処理を施す。この工程によりホトレジストパ
ターン12′は熱処理されSiO2膜11との密着性
が良好な状態となつた。それと同時に、ホトレジ
ストパターン12′の表面層13が硬化した状態
となつた(第2図b)。このとき、ホトレジスト
パターン12′の変形はなく、断面形状はホトリ
ソ技術により形成した後の形状と同様であつた。
その後、半導体基板10上にAl膜14を全面に
蒸着した(第2図c)。本実施例では電子ビーム
蒸着装置を用いて1.0〜1.2μm程度のAl膜を蒸着
したが、ホトレジストパターン12′の表面層1
3が硬化していることによりAl膜蒸着時におけ
る半導体基板10の温度上昇によるホトレジスト
パターン12′の変形はなく、ホトレジストパタ
ーン12′の側面部15には薄くしかAl膜が蒸着
されず、しかも、ここのAl膜はピンホールの多
いものであつた。
A desired photoresist pattern 12 is formed by photolithography on the semiconductor substrate 10 on which the SiO 2 film 11 has been formed by thermal oxidation (FIG. 2a). In this example, positive type photoresist is used,
The film thickness was set to 1.5 to 2.0 μm. Next, the semiconductor substrate 10 is placed in a N 2 plasma atmosphere of 0.6 to 0.8 Torr, 150 to 300 W, or in a plasma atmosphere of 0.4 to 0.6 Torr, 20 to 300 W.
Heat treatment is performed for about 1 to 10 minutes in a 40W CF 4 gas plasma atmosphere. Through this step, the photoresist pattern 12' was heat-treated and its adhesion to the SiO 2 film 11 became good. At the same time, the surface layer 13 of the photoresist pattern 12' became hardened (FIG. 2b). At this time, there was no deformation of the photoresist pattern 12', and the cross-sectional shape was the same as the shape after being formed by photolithography.
Thereafter, an Al film 14 was deposited over the entire surface of the semiconductor substrate 10 (FIG. 2c). In this example, an Al film of about 1.0 to 1.2 μm was deposited using an electron beam evaporator, but the surface layer 1 of the photoresist pattern 12'
3 is cured, the photoresist pattern 12' is not deformed due to the temperature rise of the semiconductor substrate 10 during Al film deposition, and the Al film is only thinly deposited on the side surface 15 of the photoresist pattern 12'. The Al film here had many pinholes.

次に、半導体基板10にガスプラズマ雰囲気中
による熱処理及びAl膜蒸着時における半導体基
板の温度上昇より高い温度で、例えば、N2ガス
雰囲中で200〜400℃程度の熱処理を数秒間施した
(第2図d)。この工程により、Al膜4とSiO2
11との密着が良好な状態となつた。それと同時
に、ホトレジストパターン12′の表面層13以
外の部分が、熱処理によりホトレジスト中の溶剤
が外部に出ようとするために膨張(気泡ができる
ため)し、ホトレジストパターン12′上のAl膜
14′にピンホールを発生させる。しかも、ホト
レジストパターン12′の側面部15の膜厚の薄
い部分のAl膜14′では、ピンホールの大きさが
拡大されホトレジストがAl膜14上に、はみ出
した状態となつた。次にレジスト剥離液により上
記ホトレジストパターン12′を除去することに
よつてホトレジストパターン12′上のAl膜1
4′を除去しAlパターン16を形成した(第2図
e)。
Next, the semiconductor substrate 10 is subjected to heat treatment in a gas plasma atmosphere and heat treatment for several seconds at a temperature higher than the temperature rise of the semiconductor substrate during Al film deposition, for example, at about 200 to 400° C. in an N 2 gas atmosphere. (Figure 2d). Through this step, good adhesion between the Al film 4 and the SiO 2 film 11 was achieved. At the same time, the portion of the photoresist pattern 12' other than the surface layer 13 expands (due to the formation of bubbles) as the solvent in the photoresist tries to come out due to the heat treatment, and the Al film 14' on the photoresist pattern 12' expands. generates a pinhole. Furthermore, in the thin Al film 14' on the side surface 15 of the photoresist pattern 12', the size of the pinhole was enlarged and the photoresist protruded onto the Al film 14. Next, by removing the photoresist pattern 12' with a resist stripping solution, the Al film 1 on the photoresist pattern 12' is removed.
4' was removed to form an Al pattern 16 (FIG. 2e).

第3図a,b,cは、第2図c,d,eでの平
面パターン写真を示し、第3図a′,b′,c′はそれ
ぞれ第3図a,b,cのA―A′,B―B′,C―
C′線断面図を示し第2図c,d,eの状態と同
じである。第3図a,b,cは、800倍の表面顕
微鏡写真を示し、ホトレジストパターンのストラ
イプ部のパターン巾は5μmで、パターン間隔も
5μmである。この図から明らかなように、第3
図cのごとく、膜厚が1.0〜1.2μmのAl膜でもパ
ターン巾5μmを有するAlパターン16を正確
に形成することができる。
Figures 3a, b, and c show plane pattern photographs in Figures 2c, d, and e, and Figures 3a', b', and c' are A--, respectively, in Figures 3a, b, and c. A', B-B', C-
The cross-sectional view taken along line C' is the same as that shown in FIGS. 2c, d, and e. FIGS. 3a, b, and c show surface micrographs magnified 800 times, and the pattern width of the striped portion of the photoresist pattern is 5 μm, and the pattern interval is also 5 μm. As is clear from this figure, the third
As shown in FIG. c, even with an Al film having a thickness of 1.0 to 1.2 μm, an Al pattern 16 having a pattern width of 5 μm can be accurately formed.

したがつて、第2図のような方法においては、
ホトレジストパターン側面部に蒸着されたAl膜
は薄く、且つ、非常にピンホールが多く、しか
も、ホトレジストがはみ出しているためレジスト
剥離液によつて容易にホトレジストパターン除去
ができ、さらにAl膜が段切れをおこしているた
めホトレジストパターン上のAl膜のリフトオフ
が容易になつた。また、ホトレジストパターンの
パターン変形がないため所望のパターン巾を有す
るAlパターンを形成することができ、且つ、プ
ロセス歩留りも高く半導体集積回路の製造に極め
て好都合である。
Therefore, in the method shown in Figure 2,
The Al film deposited on the side of the photoresist pattern is thin and has many pinholes, and since the photoresist protrudes, the photoresist pattern can be easily removed with a resist stripping solution, and the Al film is cut off. This made it easier to lift off the Al film on the photoresist pattern. Further, since there is no pattern deformation of the photoresist pattern, an Al pattern having a desired pattern width can be formed, and the process yield is high, which is extremely convenient for manufacturing semiconductor integrated circuits.

なお、上記実施例では、Al膜のリフトオフに
ついて説明したが、Mo膜等の金属体も同様にホ
トレジストを用いてリフトオフすることができ、
良好な結果を得ることができた。また、ガスプラ
ズマのガスとしてN2ガスあるいはCF4ガスを用い
て説明したが、アルゴンガス、キセノンガス、ヘ
リウムガス等の不活性ガスを用いても良い。
In the above embodiment, lift-off of the Al film was explained, but metal bodies such as Mo films can also be lifted-off using photoresist.
Good results were obtained. Further, although the description has been made using N 2 gas or CF 4 gas as the gas of the gas plasma, an inert gas such as argon gas, xenon gas, helium gas, etc. may also be used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はa〜cは従来のホトレジストを用いて
リフトオフによりAlパターンを形成する方法の
一実施例の工程図、第2図a〜eは本発明にかか
るAlパターンの形成工程図、第3図a,b,c
は第2図c,d,eにおける半導体装置の平面の
顕微鏡写真、第3図a′,b′,c′はそれぞれ同第3
図a,b,cのA―A′,B―B′,C―C′線断面
図である。 10…半導体基板、11…SiO2膜、12,1
2…ホトレジストパターン、13…表面層、14
…Al膜、16…Alパターン。
1A to 1C are process diagrams of an embodiment of a method for forming an Al pattern by lift-off using a conventional photoresist; FIGS. 2A to 2E are process diagrams of an Al pattern formation process according to the present invention; Figures a, b, c
are micrographs of the plane of the semiconductor device in Fig. 2 c, d, and e, and Fig. 3 a', b', and c' are the same photomicrographs, respectively.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along lines A-A', B-B', and C-C' in figures a, b, and c. 10...Semiconductor substrate, 11...SiO 2 film, 12,1
2... Photoresist pattern, 13... Surface layer, 14
...Al film, 16...Al pattern.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基板の一主面上に所望のパターン巾を
有する感光性樹脂膜パターンを形成する工程と、
前記感光性樹脂膜パターンの少なくとも表面をガ
スプラズマ雰囲気中で処理して硬化させるととも
に耐熱性を向上する工程と、前記半導体基板上全
面に導体膜を形成する工程と、前記半導体基板に
熱処理を施し前記感光性樹脂膜を、前記感光性樹
脂膜パターン側面部の前記導体膜にピンホールを
形成する程度に発泡させる工程と、前記感光性樹
脂膜パターンを除去して、前記導体膜のパターン
を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導
体装置の製造方法。 2 半導体基板に熱処理を施す工程が、ガスプラ
ズマ雰囲気中による熱処理及び導体膜形成時にお
ける温度よりも高い温度で熱処理を施すことを特
徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体装
置の製造方法。 3 導体膜が、Al膜であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方
法。
[Claims] 1. Forming a photosensitive resin film pattern having a desired pattern width on one main surface of a semiconductor substrate;
a step of treating at least the surface of the photosensitive resin film pattern in a gas plasma atmosphere to cure it and improve heat resistance; a step of forming a conductor film on the entire surface of the semiconductor substrate; and a step of heat-treating the semiconductor substrate. foaming the photosensitive resin film to the extent that pinholes are formed in the conductor film on the side surface of the photosensitive resin film pattern; and removing the photosensitive resin film pattern to form a pattern of the conductor film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: 2. Manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of heat-treating the semiconductor substrate is heat-treating in a gas plasma atmosphere and at a temperature higher than the temperature at which the conductor film is formed. Method. 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the conductor film is an Al film.
JP14364378A 1978-06-16 1978-11-20 Fabricating method of semiconductor device Granted JPS5570028A (en)

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JPS5570028A JPS5570028A (en) 1980-05-27
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