JP2005302748A

JP2005302748A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2005302748A
Application number: JP2004111809A
Authority: JP
Inventors: Miki Shima; 美希島; Shinichi Imai; 伸一今井; Norishige Aoki; 則茂青木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】リフトオフ処理方法では、導電性薄膜と感光性有機膜の剥離を行う為に、感光性有機膜溶解液または膨潤溶液内へ半導体基板を浸漬させる事や、またはジェット噴射によって剥離を行なっていた。よって溶剤や薬液の使用量が多くコストが増加し、その多くが有機溶剤のため安全上および環境上の問題から使用上の法的規制が多く、また装置を防爆構造とせねばならず、設備コストが非常に大きくなるという課題を有していた。
【解決手段】半導体パターン上に１５０℃〜３５０℃程度で消失あるいは収縮する感光性有機膜をパターンニングし、メタルなどの導電性薄膜を蒸着あるいはスパッタにて被着させた後、加熱を行い、感光性有機膜を分解あるいは消失もしくは熱収縮によって半導体パターンから離れさせて隙間をつくる。次に洗浄液を吹き付け、残っていた導電性薄膜および感光性有機膜を除去洗浄する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスを製造する過程でのリフトオフ処理に関するものである。

従来のリフトオフ処理方法としては、例えば、特許文献１に記載されているものがあった。

図３は、特許文献１に記載された従来のリフトオフ処理方法の製造工程を示す断面図である。

図３（ａ）に示すように、半導体基板３０１上に半導体パターン３０２や絶縁物３０３が形成された半導体デバイスにおいて、図３（ｂ）のように感光性有機膜３０４を形成し、通常リソグラフィ技術にてパターンニングを行う。次に、図３（ｃ）に示すように、メタルなどの導電性薄膜３０５を蒸着あるいはスパッタにて被着させる。被着した導電性薄膜３０５には、トランジスターのゲート等の電極あるいは配線等となる導電性薄膜３０５ａと導電性薄膜３０５ｂがある。

次に、図３（ｄ）に示すように、感光性有機膜３０４上の導電性薄膜３０５ｂを取り除く為に、感光性有機膜溶解液または膨潤溶液などの液体３０６内へ半導体基板３０１を浸漬させて、感光性有機膜３０４を溶解液または膨潤溶液で変質させる。これにより、感光性有機膜３０４は、半導体基板３０１上の半導体パターン３０２や絶縁物３０３および導電性薄膜３０５ｂとの密着性が悪くなる。

次に、図３（ｅ）に示すように溶解液または膨潤溶液を放出するノズル３０８から溶解液または膨潤溶液などの液体３０９を半導体基板３０１上に放出する事によって、感光性有機膜３０４とその上の導電性薄膜３０５ｂを同時に剥離し、図３（ｆ）に示すように形成される。

図４は、特許文献１に記載された従来のリフトオフ処理方法の製造装置を示す断面図である。

図４（ａ）において半導体基板４０１をスピンヘッド４０４に固定しカップ４０５内で回転させ、超音波発信ノズル４０３から超音波を印加した溶解液または膨潤溶液などの液体４０２を吹きつける事により、感光性有機膜３０４とその上の導電性薄膜３０５ｂを同時に剥離する。

図４（ｂ）は、半導体基板４０１を超音波処理槽４０７の中に満たした溶解液または膨潤溶液などの液体４０２に浸漬させ超音波発信機４０６から超音波を印加させる事で、感光性有機膜３０４とその上の導電性薄膜３０５ｂを同時に剥離する。
特開平０２−０００３１８号公報

しかしながら、上述のような従来のリフトオフ処理方法では、導電性薄膜と感光性有機膜の剥離を行う為に、感光性有機膜溶解液または膨潤溶液内へ半導体基板を浸漬させることにより、感光性有機膜の密着性を低下させる。このため、溶剤、薬液の使用量が増加するという課題を有していた。また導電性薄膜３０５ｂと感光性有機膜３０４の剥離を溶解液または膨潤溶液を放出するノズル３０８から溶解液または膨潤溶液などの液体３０９を半導体基板３０１上にジェット噴射する事によって、感光性有機膜３０４とその上の導電性薄膜３０５ｂを同時に剥離する為に溶剤、薬液の使用量が増加する。よって多量の溶剤、薬液の使用量を消費する為にコストが高くなるという課題を有していた。感光性有機膜溶解液または膨潤溶液には有機溶剤が多く使われる。例えばＧａＡｓ等の化合物半導体ではプロセスの過程の間に水が使用できない事が多い。しかし、有機溶剤には取り扱いに安全上および環境上の問題から使用上の法的規制が多いという課題を有していた。有機溶剤を多量に使用するために、リフトオフ処理を行う装置の安全性確保のため、装置を防爆構造とせねばならず、設備コストが非常に大きくなるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、溶剤、薬液等に用いられる有機溶剤の使用量を大幅に減少させ、有機溶剤とリフトオフ処理を行う装置のコスト削減と安全および環境上の問題を回避できるリフトオフ処理方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板表面に形成したレジストパターン上に導電性薄膜を形成する工程（ａ）と、工程（ａ）の後に半導体基板を加熱してレジストパターンを消失させて除去する工程（ｂ）と、工程（ｂ）の後に導電性薄膜を除去する工程（ｃ）とを備えているものである。

また、本発明の第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板表面に形成したレジストパターン上に導電性薄膜を形成する工程（ａ）と、工程（ａ）の後に半導体基板を加熱してレジストパターンを収縮させて半導体基板との界面に隙間を生じさせ、導電性薄膜には亀裂を生じさせる工程（ｂ）と、工程（ｂ）の後に導電性薄膜を除去する工程（ｃ）とを備えているものである。

本発明のリフトオフ処理方法によれば、半導体パターン上に熱処理によって消失あるいは収縮する感光性有機膜をパターンニングし、メタルなどの導電性薄膜を蒸着あるいはスパッタにて被着させた後、加熱を行い、感光性有機膜を分解しガス化させるか、あるいは熱収縮によって半導体パターンから離れさせて洗浄液が容易に入り込むような隙間をつくる。次に洗浄液を吹き付け、残っていた導電性薄膜および感光性有機膜を除去洗浄する事でリフトオフ処理を行う事が可能となる為に感光性有機膜溶解液または膨潤溶液等に用いられる有機溶剤の使用量を大幅に減少させ、有機溶剤とリフトオフ処理を行う装置のコスト削減と安全および環境上の問題を回避することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｆ）を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の工程を示す断面図である。

図１（ａ）に示すように、半導体基板１０１上に半導体パターン１０２を形成する。そして、これらを覆うように絶縁物１０３を形成する。

次に、図１（ｂ）に示すように、絶縁物１０３上に感光性有機膜１０４を形成後、リソグラフィ技術にてパターンニングする。このパターンニングにインクジェット等の印刷技術を用いる場合は感光性材料に限らず、例えば非感光性の有機膜でもよい。半導体のパターンニングに用いられるレジストの多くは１００℃〜１５０℃に加熱する事で溶剤等を揮発させ半導体基板上で有機薄膜となる。また半導体基板として例えばＧａＡｓ等の化合物半導体基板を用いる場合は、その耐熱温度が３５０℃程度となるので、感光性有機膜１０４の材料として、耐熱温度が１５０℃〜３５０℃程度で、耐熱温度を超えると分解しガス化する、または、消失する材料が望ましい。

例えば、ニトロセルロースの誘導体を基本骨格にもつ感光性材料等を用いれば、１８０℃以上で自然に分解あるいは発火して消失する。非感光性の有機膜の材料を用いた場合も同じく耐熱温度が１５０℃〜３５０℃程度で、耐熱温度を超えると分解しガス化する、または、消失する材料が望ましい。

次に、図１（ｃ）に示すように、メタルなどの導電性薄膜１０５を蒸着あるいはスパッタにて被着させる。このとき、感光性有機膜１０４にパターンニングされて半導体基板１０１が露出している部分には導電性薄膜１０５ａが、トランジスターのゲート等の電極あるいは配線等として形成される。また、感光性有機膜１０４上には１０５ｂが形成される。この導電性薄膜１０５の形成においては、感光性有機膜１０４の形状が保持できる範囲での処理が望ましい。例えば、スパッタおよび蒸着などにより導電性薄膜１０５の形成を常温で行った場合、半導体基板１０１上の感光性有機膜１０４の温度は、通常５０〜６０℃程度である。

次に、図１（ｄ）に示すように、感光性有機膜１０４上の導電性薄膜１０５ｂを取り除く為に、半導体基板１０１および導電性薄膜１０５ｂの上方から赤外線等のヒーター１０６により加熱を行なう。この時、半導体基板１０１へのダメージを防ぐため、半導体基板１０１の温度が、３５０℃未満となるように行う。ヒーター１０６による加熱により、導電性薄膜１０５ｂの下の感光性有機膜１０４は分解あるいは発火して消失する。例えば、ニトロセルロースの誘導体を基本骨格にもつ感光性材料等を用いた場合は、一度燃焼を始めると一瞬で消失する。このとき、半導体基板１０１や絶縁物１０３等へ殆ど燃焼熱を伝える事がない。また、燃焼による消失により急激な体積の変化が生じ、感光性有機膜１０４上の導電性薄膜１０５ｂに微細な亀裂等を発生させる事ができる。なお、感光性有機膜１０４の殆どは消失し、僅かに感光剤として用いられた有機成分残渣として残る事もある。

次に、図１（ｅ）に示すように、半導体基板１０１の上方から洗浄液を吹き付ける。これにより、感光性有機膜１０４が消失することによって絶縁物１０３の表面に張り付いている導電性薄膜１０５ｂを洗浄液１０９により除去する。この時、僅かに残っている感光性有機膜１０４の有機成分残渣も同時に洗浄する。また、導電性薄膜１０５ｂの除去には洗浄液１０９の代わりに高圧の気体、例えばＮ₂や空気等を吹き付けても構わない。感光性有機膜１０４上の導電性薄膜１０５ｂは、感光性有機膜１０４の消失時に微細な亀裂等が発生する。これら亀裂の隙間から洗浄液や気体が入り込み導電性薄膜１０５ｂの除去のためのリフトオフ処理を促進することができる。そして、これら一連のリフトオフ処理の手法によって、図１（ｆ）に示す半導体装置を形成することができる。

（実施の形態２）
図２（ａ）〜図２（ｆ）を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。

図２は、本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法の工程を示す断面図である。

図２（ａ）に示すように、半導体基板２０１上に半導体パターン２０２を形成する。そして、これらを覆うように絶縁物２０３を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁物２０３上に感光性有機膜２０４を形成後、リソグラフィ技術にてパターンニングする。このパターンニングにインクジェット等の印刷技術を用いる場合は感光性材料に限らず、例えば非感光性の有機膜でもよい。感光性有機膜２０４の材料として、耐熱温度が１５０℃〜３５０℃程度で、大きく収縮する材料が望ましい。非感光性の有機膜の材料を用いた場合も同じく耐熱温度が１５０℃〜３５０℃程度で、大きく収縮する材料が望ましい。例えば、一般的に用いられるレジストの成分であるノボラック樹脂誘導体を基本骨格に持つもので、耐熱温度が１５０℃以下のものやフラーレン誘導体やカリックスアレン誘導体、ポリアリレンエーテル誘導体を基本骨格に持つもの等が有用である。

次に、図２（ｃ）に示すように、メタルなどの導電性薄膜２０５を蒸着あるいはスパッタにて被着させる。このとき、感光性有機膜２０４にパターンニングされて半導体基板２０１が露出している部分には導電性薄膜２０５ａが、トランジスターのゲート等の電極あるいは配線等として形成される。また、感光性有機膜２０４上には２０５ｂが形成される。この導電性薄膜２０５の形成においては、感光性有機膜２０４の形状が保持できる範囲での処理が望ましい。例えば、スパッタおよび蒸着などにより導電性薄膜２０５の形成を常温で行った場合、半導体基板２０１上の感光性有機膜２０４の温度は、通常５０〜６０℃程度である。

次に、図２（ｄ）に示すように、感光性有機膜２０４上の導電性薄膜２０５ｂを取り除く為に、半導体基板２０１および導電性薄膜２０５ｂの上方から赤外線等のヒーター２０６により加熱を行なう。この時、半導体基板２０１へのダメージを防ぐため、半導体基板２０１の温度が、３５０℃未満となるように行う。ヒーター２０６による加熱により、導電性薄膜２０５ｂの下の感光性有機膜２０４は熱によって収縮する。この為に半導体パターン２０２や絶縁物２０３よりも柔らかい感光性有機膜２０４は縮む事によって多くの部分が半導体パターン２０２や絶縁物２０３より離れてその間に隙間が生じる。また、導電性薄膜２０５ｂは薄膜であるが故に、感光性有機膜２０４と一緒に伸縮するか、あるいは亀裂が生じる。

次に、図２（ｅ）に示すように、半導体基板２０１の上方から洗浄液２０９を吹き付ける。これにより、感光性有機膜２０４が消失することによって絶縁物２０３の表面に張り付いている導電性薄膜２０５ｂを除去する。また、導電性薄膜２０５ｂの除去には洗浄液２０９の代わりに高圧の気体、例えばＮ₂や空気等を吹き付けても構わない。感光性有機膜２０４上の導電性薄膜２０５ｂは、感光性有機膜２０４の加熱による熱収縮のために薄膜表面の波うちによる凹凸や薄膜内部に亀裂等が発生する。これら亀裂の隙間から洗浄液や気体が入り込み導電性薄膜２０５ｂの除去のためのリフトオフ処理を促進することができる。そして、これら一連のリフトオフ処理の手法によって、図２（ｆ）に示す半導体装置を形成することができる。

本発明にかかるリフトオフ処理方法は、溶剤、薬液等に用いられる有機溶剤の使用量を大幅に減少させ、有機溶剤とリフトオフ処理を行う装置のコスト削減と安全および環境上の問題を解決できる方法として有用である。

本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の工程を示す断面図本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法の工程を示す断面図従来における半導体装置の製造方法の工程を示す断面図従来における半導体装置の製造方法を示す断面図

符号の説明

１０１半導体基板
１０２半導体パターン
１０３絶縁物
１０４感光性有機膜
１０５導電性薄膜
１０６ヒーター
１０９洗浄液
２０１半導体基板
２０２半導体パターン
２０３絶縁物
２０４感光性有機膜
２０５導電性薄膜
２０６ヒーター
２０９洗浄液
３０１半導体基板
３０２半導体パターン
３０３絶縁物
３０４感光性有機膜
３０５導電性薄膜
３０６液体
３０８ノズル
３０９液体
４０１半導体基板
４０２液体
４０３超音波発信ノズル
４０４スピンヘッド
４０５カップ
４０６超音波発信機
４０７超音波処理槽

Claims

半導体基板表面に形成したレジストパターン上に導電性薄膜を形成する工程（ａ）と、
前記工程（ａ）の後に前記半導体基板を加熱してレジストパターンを消失させて除去する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に前記導電性薄膜を除去する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記工程（ｂ）では、前記レジストパターンの耐熱温度より高い温度で加熱して、前記レジストパターンを分解しガス化させることにより消失させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板表面に形成したレジストパターン上に導電性薄膜を形成する工程（ａ）と、
前記工程（ａ）の後に前記半導体基板を加熱してレジストパターンを収縮させて前記半導体基板との界面に隙間を生じさせ、前記導電性薄膜には亀裂を生じさせる工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に前記導電性薄膜を除去する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記工程（ｂ）では、前記レジストパターンの耐熱温度より高い温度で加熱して、前記レジストパターンを収縮させることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
前記工程（ｃ）では、導電性薄膜を水、洗浄液または高圧の気体で除去することを特徴とする請求項１及び３記載の半導体装置の製造方法。