JP4774575B2

JP4774575B2 - Pattern formation method

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Publication number: JP4774575B2
Application number: JP2000130489A
Authority: JP
Inventors: 哲士松上; 市治近藤; 健宮嶋; 幹昌鈴木; 千景則武
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001313295A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はパターン形成方法に係り、詳しくは、基板上での所望の領域に金属膜をパターニングする技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの金属電極形成方法として、ホトリソグラフィーを用いたパターン形成方法がよく知られており、これにより、所望の領域に電極を形成することができる。また、この他の手法としてフリップチップ工程Ｃｕバンプ用のアンダーバンプメタル（以下、ＵＢＭ膜という）の形成の際に、保護膜と下地電極との密着性の差を利用して粘着シートによりＵＢＭ膜を選択的にテープで除去する手法も提案されている（特開平１０−６４９１２号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述のホトリソグラフィーを用いたパターン形成方法においては、ホトリソおよびエッチング工程での設備やプロセスコストが非常に高いという問題がある。また、ＵＢＭ膜を選択的に粘着シートで除去する方法に関しては、還元性の高い金属（付着力の強い金属）には適用が困難であることや、更に安定して剥離を行いたいという要求がある。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、剥離が容易で、かつ、低コストに下地用パターンの上に金属膜をパターニングすることができるプロセスを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、基板の上において下地用パターンと絶縁膜が露出した状態から、当該基板の上に金属膜を成膜し、その後、下地用パターンの上の金属膜を残し上記絶縁膜の上の金属膜を剥離するパターン形成方法として、基板の上に上記下地用パターンとしてのアルミ薄膜と絶縁膜が露出した状態で、ＣＦ系ガスまたはＣＦ系ガスと酸素の混合ガスを用いたプラズマ処理による表面改質工程を行うことで上記絶縁膜と金属膜との間の密着力を剥離可能な範囲まで低下させて金属膜を上記絶縁膜から容易に剥離できるようにして、当該工程の後に、上記金属膜を成膜し、上記アルミ薄膜の上の金属膜を残し上記絶縁膜の上の金属膜を剥離するようにしている。
また、請求項５に記載の発明では、基板の上において下地用パターンと絶縁膜が露出した状態から、当該基板の上に、金属膜を成膜し、その後、下地用パターンの上の金属膜を残し上記絶縁膜の上の金属膜を剥離するパターン形成方法として、上記下地用パターンとしてシリコンナイトライド膜、絶縁膜としてシリコン酸化膜を用い、上記下地用パターンと上記絶縁膜の上に、チタン、バナジウム、クロム、コバルト、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、タングステン、または、これらの金属の窒化物やこれらの金属を主成分とする合金からなる上記金属膜を成膜し、シリコンナイトライド膜と上記金属膜間の剥離性と、シリコン酸化膜と上記金属膜間の剥離性の差を利用して、シリコンナイトライド膜の上の金属膜を残し上記シリコン酸化膜の上の金属膜を剥離するようにしている。
通常、基板の上において下地用パターンと絶縁膜が露出した状態から、当該基板の上に金属膜を成膜すると、下地用パターンと金属膜との間の密着力、および、絶縁膜と金属膜との間の密着力が強く、下地用パターンから金属膜を、また、絶縁膜から金属膜を剥離することができない状態になっている。これに対し、上記請求項１あるいは５に記載の発明では、基板の上に下地用パターンとしてのアルミ薄膜と絶縁膜が露出した状態での表面改質工程、あるいは基板の上に下地用パターンとしてのシリコンナイトライド膜と絶縁膜が露出した状態から絶縁膜上にシリコン酸化膜を成膜する工程を付加することにより、絶縁膜と金属膜との間の密着力が剥離可能な範囲まで低下する。そして、下地用パターンの上の金属膜を残し絶縁膜の上の金属膜が剥離される。
【０００６】
その結果、従来のホトリソグラフィーを用いた方法のようなホトリソおよびエッチング工程での設備やプロセスコストが非常に高くなることが回避されるとともに、従来のＵＢＭ膜を選択的に粘着シートで除去する方法に比べ更に安定して剥離することができるようになる。このようにして、剥離が容易で、かつ、低コストに、下地用パターンの上に金属膜をパターニングすることができることとなる。
【０００８】
さらに、請求項２，６によれば、請求項１，５に記載の発明の作用に加え、金属膜の上に、当該金属膜と下地の界面にかかる応力を調整するための応力調整膜が形成され、この応力調整膜により、絶縁膜と金属膜との間の密着力が剥離可能な範囲まで低下する。そして、下地用パターンの上の金属膜を残し絶縁膜の上の金属膜が剥離される。これにより、請求項１，５に記載の発明の効果がより発揮される。なお、全応力とは、膜厚と内部応力との乗算値（全応力＝膜厚×内部応力）である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１０】
図１，２には、本実施形態における回路パターンの形成工程を示す。本実施形態においては、一般にパワー素子と呼ばれる半導体デバイスを用いた回路でのパターン形成に適用している。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板であるシリコン基板１を用意する。そして、ウェハ状態のシリコン基板１に対し一般的な半導体デバイス製造技術を用いてトランジスタ素子（図示略）を形成する。さらに、シリコン基板１の上にＣＶＤ法などにより絶縁膜２を形成する。この絶縁膜２はＢＰＳＧ（Ｂoron Ｐhoshorus Ｓilicate Ｇlass）膜やＰＳＧ（Ｐhoshorus Ｓilicate Ｇlass）膜などから成る。さらに、この絶縁膜２に対しシリコン基板内部（バルク部分）と導通を得るためにフォトリソグラフィー手法により開口部２ａを形成する。引き続き、開口部２ａを含めた絶縁膜２の上部に、スパッタリング法や蒸着法を用いてアルミ薄膜３を形成する。その後、フォトリソグラフィー手法により、このアルミ薄膜３の不要部分を除去する。このようにして残されたアルミ薄膜３は、トランジスタ等の素子の電極部や配線部を構成する回路パターンの下地となる（アルミ薄膜３が下地用パターンとなる）。
【００１２】
さらに、熱処理を行って、シリコン基板１とアルミ薄膜３とを良好な導通を得られるようにする。なお、シリコン基板１と下地用パターン（アルミ薄膜）３との間に、基板１とアルミ薄膜３の相互作用によるアロイスパイクを防止する目的で、バリアメタルと呼ばれる金属層を形成してもよい。
【００１３】
その後、図１（ｂ）に示すように、塗布などにより保護膜４を形成する。この保護膜４は、ポリイミド膜などから成る。さらに、この保護膜４に対し、アルミ薄膜３と導通を得るためにフォトリソグラフィー手法により開口部４ａを形成する。
【００１４】
このようにして、シリコン基板１の上において、下地用パターン（アルミ薄膜）３と保護膜（絶縁膜）４が露出した状態となる。
引き続き、シリコン基板１上に下地用パターン３と保護膜４が露出した状態での表面改質工程に移行する。詳しくは、図１（ｃ）に示すように、ウェハ状態のシリコン基板１の上に、更にＣＦ4 と酸素（Ｏ2 ）の混合ガスを用いたプラズマ処理により保護膜４および下地用パターン（アルミ薄膜）３の最表面をフッ素化（Ｆ化）する。なお、プラズマ処理ガスはＣＦ4 ではなく、ＣＨＦ3 など他のＣＦ系ガスであってもよい。この表面改質処理を行う装置の概略的な構成を図３に示す。
【００１５】
図３において、表面改質処理が行われる反応室（チャンバー）９は、ガスが導入される導入口９ａが設けられると共に、排気減圧用のターボポンプ１０を介して排出口９ｂが設けられている。反応室９の内部の上下の各面には高周波電圧を印加するための電極板１１ａ，１１ｂが配置されている。これらの電極板１１ａ，１１ｂ間には高周波電源１２から高周波出力が印加されるようになっている。表面改質を行う半導体基板としてのシリコンウェハ１３は下側の電極１１ｂ上に載置されるようになっている。また、反応室９の外周部にはマグネット１４が配置され、反応室９内に磁界を作用させてプラズマを生成させるようになっている。
【００１６】
上記の表面改質装置において、シリコンウェハ１３が反応室９内の電極１１ｂ上に載置された状態で起動させると、反応室９内はターボポンプ１０により排気され、真空に引かれた状態でガスが導入口９ａから所定量だけ導入される。そして、高周波電源１２により高周波出力を電極１１ａ，１１ｂ間に印加させるとともにマグネット１４により磁界を発生させる。この状態で、反応室９内にプラズマが発生し、このプラズマによってシリコンウェハ１３の表面改質が行われる。
【００１７】
この場合、表面改質処理はＣＦ系のガス、あるいは、ＣＦ系のガスと酸素などの混合ガスを用いると、図１（ｃ）に示したように、下地用パターン（アルミ薄膜）３および保護膜４の最表面がフッ素化（Ｆ化）される。この表面改質により、以降の工程において保護膜４と後記する金属膜（図２（ａ）の符号５で示す部材）との間の密着力を剥離可能な範囲まで低下させて金属膜５を保護膜４から容易に剥離させることができるようになる。
【００１８】
回路パターンの形成工程の説明に戻り、引き続き、図２（ａ）に示すように、ウェハ状態のシリコン基板１の上に、更に金属膜５，６，７を順に成膜する。この金属膜５，６，７を拡大したものを図４に示す。
【００１９】
図４において、第１の層である金属膜５は、下地用パターン（アルミ薄膜）３と良好な接合を形成するための膜であり、具体的には、チタン薄膜を用いている。なお、チタン薄膜の代わりに、前述の目的を達成する他の金属膜、例えばバナジウム、クロム、コバルト、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、タングステンまたは、これらの金属の窒化物やこれらの金属を主成分とする合金などを用いてもよい。また、下地用パターン（アルミ薄膜）３上には、通常、酸化膜が形成されるため、一般的にアルミ薄膜上に他の金属膜を成膜する場合、前述の酸化膜を取り除く工程が必要となる。しかし、本実施形態のように第一層目の金属膜としてチタン薄膜を用いた場合、チタンが前述の酸化膜を還元し、自らを酸化することで、良好な界面を形成でき、そのため、酸化膜除去工程は不要とすることができる。即ち、下地用パターン３と接する金属膜５は還元性の高い金属薄膜とすることにより、酸化膜除去工程を不要にすることができる。
【００２０】
図４において、第２の層である金属膜６は、金属膜５と下地の基板１（保護膜４）との界面にかかる応力を調整するための膜（応力調整膜）であり、具体的にはニッケル薄膜を用いている。なお、ニッケル薄膜の代わりに、前述の目的を達成する他の金属膜、例えば、銅、パラジウム、または、これらの金属を主成分とする合金などを用いてもよい。この金属膜６により、以降の工程において保護膜４と金属膜５との間の密着力を剥離可能な範囲まで低下させて金属膜５を保護膜４から容易に剥離させることができるようになる。ここで、金属膜５と、金属膜（応力調整膜）６の積層膜は全応力（Ｔotal Ｓtress ）、つまり、膜厚と内部応力を乗算したもの（全応力＝膜厚×内部応力）が３０Ｎ／ｍ以上である。
【００２１】
図４において、第３の層である金属膜７は、はんだ濡れ性の良好な膜であり、具体的には金（Ａｕ）を用いている。なお、金（Ａｕ）の代わりに前述の目的を達成する他の金属膜、例えば銅、銀、白金・鉄・錫、Ｃｕ−Ｓｎ合金などを用いてもよい。また、金属膜７は金属膜６にニッケルなど、はんだ濡れ性の良い金属を用いた場合は省略することも可能である。しかし、ニッケル表面が酸化するとはんだ濡れ性が劣化するため、金属膜７を用いることが望ましい。
【００２２】
上述の３つの金属膜５，６，７は、図５に示したような、大気に暴露することなく、真空中で連続成膜可能なスパッタリング装置により成膜する。つまり、真空チャンバー１５にはその一端部にウェハ投入口１６が、また、他端部にウェハ取り出し口１７が設けられ、さらに、同チャンバー１５には第１金属膜用ターゲット１８と第２金属膜用ターゲット１９と第３金属膜用ターゲット２０が配置されている。そして、真空チャンバー１５内においてウェハを搬送しつつ膜５，６，７を順に成膜することができるようになっている。また、真空チャンバー１５の近傍にはコントロールパネル２１が配置されている。この図５の装置を使用することにより金属膜間に酸化膜を形成することなく成膜でき、そのため、各金属膜間の密着力性を高め、積層した膜５，６，７は１つの金属膜のような振る舞いをすることとなる。
【００２３】
なお、図５の形状の装置でなくても、真空を破ること無く搬送することが可能であれば、異なるスパッタリング装置または蒸着装置においても実現可能である。
【００２４】
そして、上述の金属膜５，６，７を成膜した後、図５のスパッタリング装置からウェハ状シリコン基板１を取り出し、真空チャック等でウェハ状シリコン基板１を固定し、図２（ｂ）に示すように、粘着シート（粘着フィルム）８を金属膜７上に隙間が生じないように貼り付ける。
【００２５】
次に、粘着シート８を、図６に示すように、ウェハ状基板１上から静かに剥ぎ取ると、図２（ｃ）に示すように、金属膜５，６，７の不要部分が半導体デバイスから除去される。つまり、図７に示すように、保護膜（絶縁膜）４上の金属膜５，６，７はウェハ状基板１上から除去（剥離）されるが、下地用パターン（アルミ薄膜）３上の金属膜５，６，７はウェハ状基板１に残存する。このようにして、金属膜５，６，７の不要部分が基板１側（半導体デバイス）から簡単に取り除かれる。
【００２６】
図６では、粘着シート８は、ウェハ状のシリコン基板１と同一形状にカットされているが、これは、ウェハ状基板１の搬送や一時保管を容易にするためである。搬送や一時保管をする必要が無いときは、粘着シート８の形状は、ウェハ状基板１と同一形状である必要はなく、ウェハ状基板１より大きなサイズであって、かつ、円形でも、四角形でも問題はない。特に、一時保管をする必要がない場合は、ウェハ状基板１より大きなサイズである方が引き剥がし易く、むしろ好ましい。
【００２７】
引き剥がしの原理は、以下の通りである。
本実施形態の第１の金属膜５であるチタンはアルミニウムだけでなく保護膜４とも良好な接合を形成する。このため、通常、保護膜４とチタン薄膜５の間で剥がすことは困難である。しかし、表面のＦ化によりチタン薄膜５に対する保護膜４の密着性を下げることができるとともに、下地用パターン（アルミ薄膜）３についてはチタン薄膜５に対する密着性低下の程度が低い。そして、さらに、図４に示すように、チタン薄膜５の上部にニッケル薄膜６を成膜すると、剛性率および成膜時の熱膨張率の差からニッケル薄膜６の内部に大きな膜応力（引張応力）が発生する。このとき、チタン薄膜５の膜厚を５００ｎｍ以下とし、上述のようにチタン薄膜５とニッケル薄膜６との間に酸化膜を形成することなく成膜すると、応力の影響はチタン薄膜５と保護膜４の界面まで及び、チタン薄膜５と保護膜４との間の密着力が剥離可能な範囲まで低下する。
【００２８】
このように、下地材料の付着性（密着力）の差と、金属薄膜（５，６，７）の内部応力を用いることにより、所望の電極・配線材料を安定して保護膜４上のみ剥離することができる。
【００２９】
図８には、テープ剥離試験結果を示す。電極・配線材料として多用されるチタン薄膜はポリイミド（保護膜４）との密着性が高いため、粘着テープによる剥離試験を行っても剥離は発生しなかった。しかしながら、表面改質によるＦ化およびポリイミドに３０Ｎ／ｍの全応力を付与すべくニッケル薄膜（６）を積層してＮｉ／Ｔｉ／ポリイミド構造とすることにより粘着テープでの剥離が可能となる。つまり、表面改質の効果に加え、スパッタＮｉ膜には引張応力が存在し、その応力によってチタン薄膜と下地界面に高い引張応力が発生するので、Ｔｉ／ポリイミド界面での剥離が可能になる。
【００３０】
また、図９，１０にＸＰＳ最表面分析の結果を示す。図９には表面改質前の分析結果を、また、図１０には表面改質後の分析結果を示す。この図９，１０から、表面改質によりＣのピークが高エネルギー側（図９，１０では左側）にシフトしたことからポリイミド表面がＦ化されたことが分かる。即ち、図９においてはＣまたはＣＨのピークをもち、図１０においてはＣＦ3 やＣＦ2 のピークをもっている。このようにポリイミド表面のＦ化により、チタン薄膜の剥離性が高くなる。
【００３１】
図１１に、チタン薄膜（５）を用いた場合における、全応力を変えたときの粘着テープでの剥離率の測定結果を示す。つまり、チタン薄膜５と保護膜（ポリイミド）４との間の付着力、および、チタン薄膜５とアルミ薄膜３との間の付着力をそれぞれ測定した結果を示す。なお、ここでの表面改質は、ＣＦ4 とＯ2 ガスによる表面改質を用いている。図１１から、ポリイミド膜上では３０Ｎ／ｍで剥離を生じさせることができることが分かる。これに対し、前処理（表面改質）無しのアルミ薄膜の表面では、１００Ｎ／ｍでも剥離は発生しないことが分かる。従って、例えば、１００Ｎ／ｍの全応力を用いれば、成膜後において粘着テープを用いた剥離を行えば、前処理無しのアルミ薄膜の表面に選択的にチタン薄膜を残すことができる。
【００３２】
このように、金属膜５と保護膜４間の付着力は、金属膜５とアルミ薄膜３間の付着力より小さく、全応力が３０Ｎ／ｍ以上で金属膜５を粘着シート８を用いて引き剥がすと、保護膜４上からは剥がれるが、アルミ薄膜３上には残存することとなる。
【００３３】
ここで、膜５と膜６の積層膜の全応力は、主にニッケル膜６の膜厚により制御可能である。全応力値は、高い方が保護膜４上を剥離する上で有利となる。しかし、１５００Ｎ／ｍ以上の応力となると、ウェハが反り、場合によっては（ウェハ厚が薄い場合など）、ウェハを破損する虞があるため、製造上では６０Ｎ／ｍ以上、１５００Ｎ／ｍ以下の範囲内で制御することが好ましい。このように、全応力を１５００Ｎ／ｍ以下に抑えることにより、成膜後のウェハの反りや破損などの不具合を未然に防止することができる。
【００３４】
このように、本実施の形態は下記の特徴を有する。
（イ）回路パターンの形成方法として、図１（ｃ）に示すように、シリコン基板１の上に下地用パターン（アルミ薄膜）３と絶縁膜（保護膜）４が露出した状態でプラズマ処理による表面改質を行って、下地用パターン３では金属膜５の剥離を発生させず絶縁膜部表面での剥離を容易にさせる工程を含むようにした。つまり、シリコン基板１の上において下地用パターン３と絶縁膜４が露出した状態から、シリコン基板１の上に金属膜５が成膜されるとき、下地用パターン３と金属膜５との間の密着力、および、絶縁膜４と金属膜５との間の密着力が強く、下地用パターン３から金属膜５を、また、絶縁膜４から金属膜５を剥離することができない状態になっているのに対し、下地用パターン３では金属膜５の剥離を発生させず絶縁膜部表面での剥離を容易にさせる工程を付加することにより、絶縁膜４と金属膜５との間の密着力が剥離可能な範囲まで低下する。そして、粘着シート８を用いて下地用パターン３の上の金属膜５を残し絶縁膜４の上の金属膜５が剥離される。このようにして、従来のホトリソグラフィーを用いた方法のようなホトリソおよびエッチング工程での設備やプロセスコストが非常に高くなることが回避されるとともに、従来のＵＢＭ膜を選択的に粘着シートで除去する方法に比べ更に安定して剥離することができるようになる。その結果、剥離が容易で、かつ、低コストに、下地用パターンの上に金属膜をパターニングすることができることとなる。
（ロ）この表面改質に加えて、金属膜５の上に、金属膜５と下地との界面にかかる応力を調整するための応力調整膜６を形成するようにしたので、より剥離が容易となり、より低コストに下地用パターンの上に金属膜をパターニングすることができる。
（ハ）このとき、金属膜５と応力調整膜６の積層膜は、全応力が３０Ｎ／ｍ以上であると、実用上好ましいものとなる。
（比較例）
次に、比較例を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００３５】
図１２，１３には、本比較例におけるダイオードの製造工程を示す。
第１の実施形態では下地用パターン３はアルミ薄膜であり、その上に金属膜５を形成する例を示したが、本比較例においては半導体基板であるシリコン基板５０での不純物拡散領域（下地用パターン）５１の上に金属膜６０を配置し、その上に金属膜５を形成している。以下、詳しく説明する。
【００３６】
まず、図１２（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基板５０に一般的な半導体デバイス製造技術を用いてＮ型不純物拡散領域５１を形成する。これにより、ＰＮ接合を有するダイオードが構成される。そして、第１の実施形態に示したものと同様の絶縁膜２を形成し、フォトリソグラフィー法により開口部５２を形成する。さらに、フッ酸等により開口部５２に形成される自然酸化膜を除去する。
【００３７】
その後、シリコン基板１の上に下地用パターン５１と絶縁膜２が露出した状態で、図１２（ｂ）に示すように、アルミ薄膜を形成しないで、金属膜６０，５，６，７を順に成膜する。第１の層である金属膜６０は、酸化しにくい金属であり、具体的には金（Ａｕ）を用いている。なお、金（Ａｕ）の代わりに前述の目的を達成する他の金属膜、例えば銀、白金などを用いてもよい。
【００３８】
続いて、シリコン基板５０の裏面に電極５３を形成する。さらに、図１２（ｃ）に示すように、粘着シート８を貼り付ける。そして、図６，７に示した方法と同様な方法で粘着シート８をウェハ状基板５０より引き剥がす。すると、図１３（ａ）に示すように、絶縁膜２の開口部５２（下地用パターン５１の上）に金属膜６０，５，６，７を残し、絶縁膜２の上の金属膜６０，５，６，７を剥離することができる。
【００３９】
そして、図１３（ｂ）に示すように、金属膜６０，５，６，７の部分の全面にはんだ付けを行い、はんだ５４を実装する。
さらに、図１４を用いて説明を加える。図１４には、スクラッチ試験によるチタン薄膜５と絶縁膜２との付着力の測定結果を示す。図１４の横軸にはＡｕ膜厚（金属膜６０の膜厚）をとり、縦軸には剥離強度をとっており、横軸のＡｕ膜厚＝０の時のチタン薄膜５と絶縁膜（ＳｉＯ2 ）２との間の付着力、および、チタン薄膜５と絶縁膜２の間にＡｕ膜６０を挿入した場合の付着力をそれぞれ測定した結果を示す。シリコン酸化膜上（Ａｕ膜厚＝０）では、剥離強度は１００ｍＮ以上であったが、Ａｕ膜厚が２ｎｍで５０ｍＮ以下にすることができた。従って、Ａｕ膜６０を挿入することにより、粘着シート８を用いて引き剥がすと、絶縁膜２上からはチタン薄膜５を容易に剥離することができ、その他の下地用パターン５１上には残存させることができることとなる。
【００４０】
また、Ａｕ膜の膜厚は厚くしすぎるとハンダ付け後の強度試験で強度劣化が生じるため、５０ｎｍよりも薄くする必要がある。つまり、酸化しにくい金属膜６０は、膜厚が２〜５０ｎｍの金または白金の膜を使用するとよい。
【００４１】
なお、本比較例においては、金属膜５と応力調整膜６の積層膜は、全応力が３０Ｎ／ｍ以上となっている。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、比較例との相違点を中心に説明する。
【００４２】
図１５は、図１３（ｂ）に示す部位ではなく、その周辺でのシリコン基板１に複数の素子を形成した回路の部分を示す。
まず、図１５（ａ）に示すように、絶縁膜７０まで形成されたシリコン基板１上に絶縁膜であるシリコンナイトライド（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜７１を所定の領域に形成する。これが、下地用パターンとなる。さらに、シリコン基板１の上に下地用パターン７１と絶縁膜７０が露出した状態から、図１５（ｂ），（ｃ）に示すように、ＴＥＯＳ−ＳｉＯ2 膜（シリコン酸化膜）７２を成膜する。その後、ホトエッチ法にてＴＥＯＳ−ＳｉＯ2 膜７２の所定領域を開口し、さらに回路パターンとなる金属膜５，６，７を成膜する。
【００４３】
さらに、粘着シートを金属膜７上に貼り付ける。そして、図６，７に示した方法と同様な方法で粘着シートをウェハ状基板１より引き剥がす。すると、図１５（ｄ）に示すように、下地用パターン７１（ＴＥＯＳ−ＳｉＯ2 膜の開口部）の上の金属膜５，６，７を残し、シリコン酸化膜７２の上の金属膜５，６，７を剥離することができる。
【００４４】
さらに、図１６を用いて説明を加える。図１６には、チタン薄膜５とＳｉＮ膜７１との間の剥離性、および、チタン薄膜５とＴＥＯＳ−ＳｉＯ2 膜７２との剥離性を示す。チタン薄膜５とＳｉＮ膜７１との間の剥離率は０％であり、チタン薄膜５とＴＥＯＳ−ＳｉＯ2 膜７２との剥離率は１００％であった。従って、絶縁膜７０上にＴＥＯＳ−ＳｉＯ2 膜７２を形成することにより、粘着シートを用いて引き剥がすと、ＴＥＯＳ−ＳｉＯ2 膜７２上からはチタン薄膜５を容易に剥離することができ、ＳｉＮ膜７１上には残存することとなる。
【００４５】
なお、本実施形態においては、金属膜５と応力調整膜６の積層膜は、全応力が６０Ｎ／ｍ以上となっている。
なお、これまでの説明においては半導体基板（ウェハ）上に回路パターンを形成する場合について述べてきたが、配線用基板上に回路パターンを形成する場合に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における回路パターンの形成工程を示す図。
【図２】第１の実施形態における回路パターンの形成工程を示す図。
【図３】表面改質装置の概略を示す図。
【図４】Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ成膜後の拡大図。
【図５】スパッタリング装置の概略を示す図。
【図６】粘着シートの剥がし工程を説明するための斜視図。
【図７】粘着シートのはがし工程を説明するための断面図。
【図８】表面改質の有無によるテープ剥離試験結果を示す図。
【図９】表面改質前におけるＸＰＳ分析の結果を示す図。
【図１０】表面改質後におけるＸＰＳ分析の結果を示す図。
【図１１】テープ試験での剥離測定結果を示す。
【図１２】比較例におけるパターン形成工程を示す図。
【図１３】比較例におけるパターン形成工程を示す図。
【図１４】スクラッチ試験によるチタン薄膜と絶縁膜との付着力の測定結果を示す図。
【図１５】第２の実施形態における回路パターンの形成工程を示す図。
【図１６】テープ試験での剥離測定結果を示す。
【符号の説明】
１…シリコン基板、２…絶縁膜、３…アルミ薄膜（下地用パターン）、４…保護膜、５…チタン薄膜、６…ニッケル薄膜、７…金薄膜、８…粘着シート、５０…Ｐ型シリコン基板、５１…Ｎ型不純物拡散領域（下地用パターン）、６０…金薄膜、７０…絶縁膜、７１…シリコンナイトライド膜（下地用パターン）、７２…ＴＥＯＳ−ＳｉＯ2 膜。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern forming method, and more particularly to a technique for patterning a metal film in a desired region on a substrate.
[0002]
[Prior art]
As a method for forming a metal electrode of a semiconductor device, a pattern formation method using photolithography is well known, whereby an electrode can be formed in a desired region. As another method, when forming an under bump metal (hereinafter referred to as a UBM film) for a flip-chip process Cu bump, a UBM film is formed by an adhesive sheet using a difference in adhesion between a protective film and a base electrode. A method for selectively removing the film with a tape has also been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 10-64912).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described pattern forming method using photolithography has a problem that the equipment and process costs in the photolithography and etching processes are very high. In addition, regarding the method of selectively removing the UBM film with an adhesive sheet, there is a demand that it is difficult to apply to a highly reducing metal (a metal having a strong adhesive force), and that it is desired to perform more stable peeling. is there.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a process that can be easily peeled off and can pattern a metal film on a base pattern at a low cost.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  According to the first aspect of the present invention, a metal film is formed on the substrate from the state in which the base pattern and the insulating film are exposed on the substrate, and then the metal film on the base pattern is formed. As a pattern forming method for removing the metal film on the insulating film, the CF-based gas or a mixed gas of CF-based gas and oxygen is used with the aluminum thin film and the insulating film as the underlying pattern exposed on the substrate. Surface modification process by plasma treatment usingBy reducing the adhesion between the insulating film and the metal film to a peelable range so that the metal film can be easily peeled from the insulating film,After the step, the metal film is formed, the metal film on the aluminum thin film is left, and the metal film on the insulating film is peeled off.
  In the invention according to claim 5, a metal film is formed on the substrate from the state in which the base pattern and the insulating film are exposed on the substrate, and then the metal film on the base pattern is formed. As a pattern formation method to leave the metal film on the insulating film,UpAs a background patternTRecon nitride filmIn addition, a silicon oxide film is used as an insulating film, and titanium, vanadium, chromium, cobalt, zirconium, aluminum, tantalum, tungsten, or a nitride of these metals or these metals are formed on the base pattern and the insulating film. Made of an alloy mainly composed ofForming the metal film,Using the peelability between the silicon nitride film and the metal film and the difference in peelability between the silicon oxide film and the metal film,The metal film on the silicon nitride film is left and the metal film on the silicon oxide film is peeled off.
  Usually, when a metal film is formed on a substrate after the underlying pattern and the insulating film are exposed on the substrate, the adhesion between the underlying pattern and the metal film, and the insulating film and the metal film The metal film is not peeled off from the base pattern and the metal film cannot be peeled off from the insulating film. On the other hand, in the invention according to claim 1 or 5, the surface modification process in which the aluminum thin film and the insulating film as the base pattern are exposed on the substrate, or the base pattern on the substrate. By adding a step of forming a silicon oxide film on the insulating film from the state in which the silicon nitride film and the insulating film are exposed, the adhesion force between the insulating film and the metal film is reduced to a peelable range. . Then, the metal film on the insulating film is peeled off while leaving the metal film on the base pattern.
[0006]
As a result, it is avoided that the equipment and process costs in the photolithography and etching process are very high as in the conventional method using photolithography, and the conventional UBM film is selectively removed with an adhesive sheet. Compared to, it becomes possible to peel more stably. In this way, the metal film can be patterned on the base pattern easily and at a low cost.
[0008]
  And claims2,6According to claim 1, 5In addition to the operation of the invention described in (1), a stress adjustment film for adjusting the stress applied to the interface between the metal film and the base is formed on the metal film. The adhesive strength between them decreases to a range where peeling is possible. Then, the metal film on the insulating film is peeled off while leaving the metal film on the base pattern. Accordingly, the claim 1, 5The effect of the invention described in (1) is more exhibited.The total stress is a product of the film thickness and the internal stress (total stress = film thickness × internal stress).
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
1 and 2 show a circuit pattern forming process in this embodiment. The present embodiment is applied to pattern formation in a circuit using a semiconductor device generally called a power element.
[0011]
First, as shown in FIG. 1A, a silicon substrate 1 which is a semiconductor substrate is prepared. Then, a transistor element (not shown) is formed on the silicon substrate 1 in a wafer state using a general semiconductor device manufacturing technique. Further, an insulating film 2 is formed on the silicon substrate 1 by a CVD method or the like. The insulating film 2 is made of a BPSG (Boron Phoshorus Silicate Glass) film, a PSG (Phoshorus Silicate Glass) film, or the like. Further, an opening 2a is formed by photolithography in order to obtain electrical continuity with the insulating film 2 in the silicon substrate (bulk portion). Subsequently, an aluminum thin film 3 is formed on the insulating film 2 including the opening 2a by using a sputtering method or a vapor deposition method. Thereafter, unnecessary portions of the aluminum thin film 3 are removed by photolithography. The aluminum thin film 3 left in this way becomes a base of a circuit pattern constituting an electrode part and a wiring part of an element such as a transistor (the aluminum thin film 3 becomes a base pattern).
[0012]
Further, heat treatment is performed so that good conduction can be obtained between the silicon substrate 1 and the aluminum thin film 3. A metal layer called a barrier metal may be formed between the silicon substrate 1 and the underlying pattern (aluminum thin film) 3 in order to prevent alloy spikes due to the interaction between the substrate 1 and the aluminum thin film 3.
[0013]
Thereafter, as shown in FIG. 1B, a protective film 4 is formed by coating or the like. The protective film 4 is made of a polyimide film or the like. Further, an opening 4a is formed in the protective film 4 by a photolithography technique in order to obtain electrical continuity with the aluminum thin film 3.
[0014]
In this way, the underlying pattern (aluminum thin film) 3 and the protective film (insulating film) 4 are exposed on the silicon substrate 1.
Subsequently, the process proceeds to a surface modification process in a state where the base pattern 3 and the protective film 4 are exposed on the silicon substrate 1. Specifically, as shown in FIG. 1C, a protective film 4 and a base pattern (aluminum thin film) are formed on a silicon substrate 1 in a wafer state by plasma treatment using a mixed gas of CF4 and oxygen (O2). 3 is fluorinated (F). Note that the plasma processing gas is not CF4 but may be other CF gas such as CHF3. FIG. 3 shows a schematic configuration of an apparatus for performing the surface modification treatment.
[0015]
In FIG. 3, a reaction chamber (chamber) 9 in which the surface modification process is performed is provided with an introduction port 9a through which gas is introduced and a discharge port 9b through a turbo pump 10 for exhaust pressure reduction. . Electrode plates 11a and 11b for applying a high frequency voltage are arranged on the upper and lower surfaces inside the reaction chamber 9, respectively. A high frequency output is applied from a high frequency power source 12 between the electrode plates 11a and 11b. A silicon wafer 13 as a semiconductor substrate for surface modification is placed on the lower electrode 11b. A magnet 14 is disposed on the outer periphery of the reaction chamber 9 so that a magnetic field is applied to the reaction chamber 9 to generate plasma.
[0016]
In the surface modification apparatus described above, when the silicon wafer 13 is activated in a state where it is placed on the electrode 11b in the reaction chamber 9, the reaction chamber 9 is evacuated by the turbo pump 10 and evacuated. A predetermined amount of gas is introduced from the inlet 9a. A high frequency output is applied between the electrodes 11 a and 11 b by the high frequency power source 12 and a magnetic field is generated by the magnet 14. In this state, plasma is generated in the reaction chamber 9, and the surface modification of the silicon wafer 13 is performed by this plasma.
[0017]
In this case, when the surface modification treatment is performed using a CF-based gas or a mixed gas such as a CF-based gas and oxygen, as shown in FIG. 1C, the underlying pattern (aluminum thin film) 3 and the protective film are protected. The outermost surface of the film 4 is fluorinated (F). By this surface modification, the adhesion force between the protective film 4 and a metal film described later (a member indicated by reference numeral 5 in FIG. 2A) is reduced to a peelable range in the subsequent steps, and the metal film 5 is formed. It can be easily peeled off from the protective film 4.
[0018]
Returning to the description of the circuit pattern forming process, as shown in FIG. 2A, metal films 5, 6, and 7 are further sequentially formed on the silicon substrate 1 in a wafer state. An enlarged view of the metal films 5, 6, and 7 is shown in FIG.
[0019]
In FIG. 4, a metal film 5 as a first layer is a film for forming a good bond with the underlying pattern (aluminum thin film) 3, and specifically, a titanium thin film is used. Instead of the titanium thin film, other metal films that achieve the above-mentioned object, such as vanadium, chromium, cobalt, zirconium, aluminum, tantalum, tungsten, or nitrides of these metals or these metals as a main component. An alloy or the like may be used. In addition, since an oxide film is usually formed on the base pattern (aluminum thin film) 3, generally, when another metal film is formed on the aluminum thin film, a step of removing the above-described oxide film is necessary. It becomes. However, when a titanium thin film is used as the first-layer metal film as in this embodiment, titanium can reduce the aforementioned oxide film and oxidize itself, thereby forming a good interface. The film removal step can be omitted. That is, the metal film 5 in contact with the base pattern 3 is made of a highly thin metal film, so that the oxide film removal step can be eliminated.
[0020]
In FIG. 4, the metal film 6 as the second layer is a film (stress adjusting film) for adjusting the stress applied to the interface between the metal film 5 and the underlying substrate 1 (protective film 4). A nickel thin film is used. In place of the nickel thin film, another metal film that achieves the above-described object, such as copper, palladium, or an alloy containing these metals as a main component may be used. With this metal film 6, the adhesion between the protective film 4 and the metal film 5 can be reduced to a peelable range in subsequent steps, and the metal film 5 can be easily peeled off from the protective film 4. . Here, the laminated film of the metal film 5 and the metal film (stress adjusting film) 6 has a total stress (total stress), that is, the product of the film thickness and the internal stress (total stress = film thickness × internal stress) is 30 N. / M or more.
[0021]
In FIG. 4, the metal film 7 as the third layer is a film having good solder wettability, and specifically, gold (Au) is used. Instead of gold (Au), another metal film that achieves the above-described object, such as copper, silver, platinum / iron / tin, or a Cu—Sn alloy may be used. The metal film 7 may be omitted when a metal having good solder wettability such as nickel is used for the metal film 6. However, since the solder wettability deteriorates when the nickel surface is oxidized, it is desirable to use the metal film 7.
[0022]
The above-described three metal films 5, 6, and 7 are formed by a sputtering apparatus that can be continuously formed in vacuum without being exposed to the atmosphere as shown in FIG. That is, the vacuum chamber 15 is provided with a wafer insertion port 16 at one end and a wafer take-out port 17 at the other end, and the chamber 15 is further provided with a first metal film target 18 and a second metal film. Target 19 and third metal film target 20 are arranged. The films 5, 6, and 7 can be sequentially formed while conveying the wafer in the vacuum chamber 15. A control panel 21 is disposed in the vicinity of the vacuum chamber 15. By using this apparatus of FIG. 5, it is possible to form a film without forming an oxide film between the metal films. For this reason, the adhesion between the metal films is improved, and the laminated films 5, 6, and 7 are formed of one metal. It will behave like a film.
[0023]
In addition, even if it is not the apparatus of the shape of FIG. 5, if it can convey without breaking a vacuum, it is realizable also in a different sputtering apparatus or vapor deposition apparatus.
[0024]
Then, after the metal films 5, 6 and 7 are formed, the wafer-like silicon substrate 1 is taken out from the sputtering apparatus shown in FIG. 5, and the wafer-like silicon substrate 1 is fixed with a vacuum chuck or the like, as shown in FIG. As shown, an adhesive sheet (adhesive film) 8 is affixed on the metal film 7 so that no gap is generated.
[0025]
Next, when the adhesive sheet 8 is gently peeled off from the wafer-like substrate 1 as shown in FIG. 6, unnecessary portions of the metal films 5, 6 and 7 are removed from the semiconductor device as shown in FIG. Removed from. That is, as shown in FIG. 7, the metal films 5, 6, and 7 on the protective film (insulating film) 4 are removed (peeled) from the wafer-like substrate 1, but on the base pattern (aluminum thin film) 3. The metal films 5, 6 and 7 remain on the wafer-like substrate 1. In this way, unnecessary portions of the metal films 5, 6 and 7 are easily removed from the substrate 1 side (semiconductor device).
[0026]
In FIG. 6, the pressure-sensitive adhesive sheet 8 is cut into the same shape as the wafer-like silicon substrate 1, which is for facilitating the conveyance and temporary storage of the wafer-like substrate 1. When it is not necessary to carry or store temporarily, the shape of the pressure-sensitive adhesive sheet 8 does not have to be the same shape as the wafer-like substrate 1 and is larger than the wafer-like substrate 1 and may be circular or square. No problem. In particular, when there is no need for temporary storage, it is preferable that the size is larger than that of the wafer-like substrate 1 because it is easier to peel off.
[0027]
The principle of peeling is as follows.
Titanium, which is the first metal film 5 of the present embodiment, forms a good bond not only with aluminum but also with the protective film 4. For this reason, it is usually difficult to peel off between the protective film 4 and the titanium thin film 5. However, the adhesiveness of the protective film 4 to the titanium thin film 5 can be lowered by forming the surface F, and the lowering of the adhesion to the titanium thin film 5 is low for the base pattern (aluminum thin film) 3. Further, as shown in FIG. 4, when a nickel thin film 6 is formed on the titanium thin film 5, a large film stress (tensile stress) is generated inside the nickel thin film 6 due to a difference in rigidity and thermal expansion coefficient during film formation. ) Occurs. At this time, when the film thickness of the titanium thin film 5 is set to 500 nm or less and the film is formed without forming an oxide film between the titanium thin film 5 and the nickel thin film 6 as described above, the influence of the stress affects the titanium thin film 5 and the protective film. 4 and the adhesive force between the titanium thin film 5 and the protective film 4 is reduced to a range where peeling is possible.
[0028]
As described above, by using the difference in adhesion (adhesive strength) of the base material and the internal stress of the metal thin film (5, 6, 7), the desired electrode / wiring material is stably peeled only on the protective film 4. can do.
[0029]
FIG. 8 shows the results of the tape peeling test. Since a titanium thin film frequently used as an electrode / wiring material has high adhesion to polyimide (protective film 4), no peeling occurred even when a peeling test using an adhesive tape was performed. However, peeling with an adhesive tape becomes possible by forming a Ni / Ti / polyimide structure by laminating a nickel thin film (6) to apply F by surface modification and to apply a total stress of 30 N / m to the polyimide. In other words, in addition to the effect of surface modification, there is a tensile stress in the sputtered Ni film, and a high tensile stress is generated at the titanium thin film and the base interface due to the stress, so that peeling at the Ti / polyimide interface becomes possible.
[0030]
9 and 10 show the results of XPS outermost surface analysis. FIG. 9 shows the analysis results before the surface modification, and FIG. 10 shows the analysis results after the surface modification. From FIGS. 9 and 10, it can be seen that the polyimide surface was converted to F because the C peak was shifted to the high energy side (left side in FIGS. 9 and 10) by the surface modification. That is, FIG. 9 has a C or CH peak, and FIG. 10 has a CF3 or CF2 peak. As described above, the release of the titanium thin film is enhanced by the formation of F on the polyimide surface.
[0031]
In FIG. 11, the measurement result of the peeling rate with an adhesive tape when changing a total stress in the case of using a titanium thin film (5) is shown. That is, the results of measuring the adhesion force between the titanium thin film 5 and the protective film (polyimide) 4 and the adhesion force between the titanium thin film 5 and the aluminum thin film 3 are shown. The surface modification here uses surface modification by CF4 and O2 gases. From FIG. 11, it can be seen that peeling can be caused at 30 N / m on the polyimide film. On the other hand, it can be seen that peeling does not occur even at 100 N / m on the surface of the aluminum thin film without pretreatment (surface modification). Therefore, for example, when a total stress of 100 N / m is used, a titanium thin film can be selectively left on the surface of an aluminum thin film without pretreatment by performing peeling using an adhesive tape after film formation.
[0032]
Thus, the adhesive force between the metal film 5 and the protective film 4 is smaller than the adhesive force between the metal film 5 and the aluminum thin film 3, and the metal film 5 is pulled using the adhesive sheet 8 when the total stress is 30 N / m or more. When peeled off, it peels off from the protective film 4 but remains on the aluminum thin film 3.
[0033]
Here, the total stress of the laminated film of the film 5 and the film 6 can be controlled mainly by the thickness of the nickel film 6. A higher total stress value is advantageous in peeling off the protective film 4. However, when the stress is 1500 N / m or more, the wafer warps, and in some cases (such as when the wafer thickness is thin), there is a risk of damage to the wafer. Therefore, the manufacturing range is 60 N / m or more and 1500 N / m or less. It is preferable to control within. As described above, by suppressing the total stress to 1500 N / m or less, problems such as warpage and breakage of the wafer after film formation can be prevented.
[0034]
  Thus, the present embodiment has the following features.
(A) As a method of forming a circuit pattern, as shown in FIG. 1C, plasma processing is performed with a base pattern (aluminum thin film) 3 and an insulating film (protective film) 4 exposed on a silicon substrate 1. Surface modification was performed, and the base pattern 3 included a step of facilitating peeling on the surface of the insulating film portion without causing peeling of the metal film 5. That is, when the metal film 5 is formed on the silicon substrate 1 from the state in which the base pattern 3 and the insulating film 4 are exposed on the silicon substrate 1, the gap between the base pattern 3 and the metal film 5 is determined. The adhesive force and the adhesive force between the insulating film 4 and the metal film 5 are strong, and the metal film 5 cannot be peeled from the base pattern 3 and the metal film 5 cannot be peeled from the insulating film 4. On the other hand, in the base pattern 3, the adhesion between the insulating film 4 and the metal film 5 is added by adding a process for facilitating the peeling on the surface of the insulating film without causing the metal film 5 to peel off. Decreases to a range where peeling is possible. Then, the metal film 5 on the insulating film 4 is peeled off using the adhesive sheet 8 while leaving the metal film 5 on the base pattern 3. In this way, it is avoided that the equipment and process costs in the photolithography and etching processes as in the conventional method using photolithography are extremely high, and the conventional UBM film is selectively removed with an adhesive sheet. As compared with the method, the peeling can be performed more stably. As a result, the metal film can be patterned on the base pattern easily and at a low cost.
(B) In addition to this surface modification, since the stress adjusting film 6 for adjusting the stress applied to the interface between the metal film 5 and the base is formed on the metal film 5, the peeling is easier. Thus, the metal film can be patterned on the base pattern at a lower cost.
(C) At this time, the laminated film of the metal film 5 and the stress adjusting film 6 is practically preferable when the total stress is 30 N / m or more.
(Comparative example)
  next,Comparative exampleWill be described with a focus on differences from the first embodiment.
[0035]
  12 and 13 show the bookComparative exampleThe manufacturing process of the diode in is shown.
  In the first embodiment, the base pattern 3 is an aluminum thin film, and the metal film 5 is formed thereon.Comparative exampleIn FIG. 1, a metal film 60 is disposed on an impurity diffusion region (base pattern) 51 in a silicon substrate 50 which is a semiconductor substrate, and a metal film 5 is formed thereon. This will be described in detail below.
[0036]
First, as shown in FIG. 12A, an N-type impurity diffusion region 51 is formed on a P-type silicon substrate 50 using a general semiconductor device manufacturing technique. Thereby, a diode having a PN junction is formed. Then, an insulating film 2 similar to that shown in the first embodiment is formed, and an opening 52 is formed by photolithography. Further, the natural oxide film formed in the opening 52 is removed by hydrofluoric acid or the like.
[0037]
Thereafter, with the underlying pattern 51 and the insulating film 2 exposed on the silicon substrate 1, the metal films 60, 5, 6, and 7 are sequentially formed without forming an aluminum thin film as shown in FIG. Form a film. The metal film 60 that is the first layer is a metal that is difficult to oxidize, and specifically, gold (Au) is used. Instead of gold (Au), another metal film that achieves the above-described object, such as silver or platinum, may be used.
[0038]
Subsequently, an electrode 53 is formed on the back surface of the silicon substrate 50. Furthermore, as shown in FIG.12 (c), the adhesive sheet 8 is affixed. Then, the adhesive sheet 8 is peeled off from the wafer-like substrate 50 by a method similar to the method shown in FIGS. Then, as shown in FIG. 13A, the metal films 60, 5, 6, and 7 are left in the opening 52 (on the base pattern 51) of the insulating film 2, and the metal films 60, 5, 6 and 7 can be peeled off.
[0039]
And as shown in FIG.13 (b), soldering is performed to the whole surface of the part of metal film 60,5,6,7, and the solder 54 is mounted.
Further description will be given with reference to FIG. In FIG. 14, the measurement result of the adhesive force of the titanium thin film 5 and the insulating film 2 by a scratch test is shown. In FIG. 14, the horizontal axis represents the Au film thickness (the film thickness of the metal film 60), the vertical axis represents the peel strength, and the titanium thin film 5 and the insulating film (when the horizontal Au film thickness = 0) The results of measuring the adhesion between the SiO 2) 2 and the adhesion when the Au film 60 is inserted between the titanium thin film 5 and the insulating film 2 are shown. On the silicon oxide film (Au film thickness = 0), the peel strength was 100 mN or more, but the Au film thickness could be reduced to 50 mN or less at 2 nm. Therefore, when the Au film 60 is inserted and peeled off using the adhesive sheet 8, the titanium thin film 5 can be easily peeled off from the insulating film 2 and remains on the other underlying pattern 51. Will be able to.
[0040]
Further, if the thickness of the Au film is too thick, strength deterioration occurs in the strength test after soldering, so it is necessary to make it thinner than 50 nm. That is, the metal film 60 that is difficult to oxidize may be a gold or platinum film having a thickness of 2 to 50 nm.
[0041]
  BookComparative exampleIn the laminated film of the metal film 5 and the stress adjusting film 6, the total stress is 30 N / m or more.
(No.2Embodiment)
  Next2The embodiment ofComparative exampleThe difference will be mainly described.
[0042]
FIG. 15 shows not a portion shown in FIG. 13B but a circuit portion in which a plurality of elements are formed on the silicon substrate 1 around the portion.
First, as shown in FIG. 15A, a silicon nitride (Si3 N4) film 71 as an insulating film is formed in a predetermined region on the silicon substrate 1 formed up to the insulating film 70. This is a base pattern. Further, a TEOS-SiO2 film (silicon oxide film) 72 is formed on the silicon substrate 1 from the state in which the base pattern 71 and the insulating film 70 are exposed, as shown in FIGS. . Thereafter, a predetermined region of the TEOS-SiO2 film 72 is opened by a photoetching method, and metal films 5, 6, and 7 to be circuit patterns are formed.
[0043]
Further, an adhesive sheet is attached on the metal film 7. Then, the adhesive sheet is peeled off from the wafer-like substrate 1 by a method similar to the method shown in FIGS. Then, as shown in FIG. 15 (d), the metal films 5, 6 and 7 on the base pattern 71 (the opening of the TEOS-SiO2 film) are left, and the metal films 5 and 6 on the silicon oxide film 72 are left. , 7 can be peeled off.
[0044]
Further explanation will be given with reference to FIG. FIG. 16 shows the peelability between the titanium thin film 5 and the SiN film 71 and the peelability between the titanium thin film 5 and the TEOS-SiO2 film 72. The peeling rate between the titanium thin film 5 and the SiN film 71 was 0%, and the peeling rate between the titanium thin film 5 and the TEOS-SiO2 film 72 was 100%. Therefore, when the TEOS-SiO2 film 72 is formed on the insulating film 70 and peeled off using the adhesive sheet, the titanium thin film 5 can be easily peeled off from the TEOS-SiO2 film 72, and the SiN film 71 is removed. It will remain on top.
[0045]
In the present embodiment, the total stress of the laminated film of the metal film 5 and the stress adjustment film 6 is 60 N / m or more.
In the above description, the case where the circuit pattern is formed on the semiconductor substrate (wafer) has been described. However, the present invention may be applied to the case where the circuit pattern is formed on the wiring substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit pattern forming process in a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a circuit pattern forming process in the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram of a surface modification apparatus.
FIG. 4 is an enlarged view after Ti / Ni / Au film formation.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a sputtering apparatus.
FIG. 6 is a perspective view for explaining an adhesive sheet peeling process.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining an adhesive sheet peeling process.
FIG. 8 is a diagram showing the results of a tape peeling test with and without surface modification.
FIG. 9 is a diagram showing the results of XPS analysis before surface modification.
FIG. 10 is a diagram showing the results of XPS analysis after surface modification.
FIG. 11 shows a peel measurement result in a tape test.
FIG.Comparative exampleThe pattern formation process in FIG.
FIG. 13Comparative exampleThe pattern formation process in FIG.
FIG. 14 is a diagram showing a measurement result of adhesion between a titanium thin film and an insulating film by a scratch test.
FIG. 152FIG. 5 is a diagram showing a circuit pattern forming process in the embodiment.
FIG. 16 shows a peel measurement result in a tape test.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Insulating film, 3 ... Aluminum thin film (underlay pattern), 4 ... Protective film, 5 ... Titanium thin film, 6 ... Nickel thin film, 7 ... Gold thin film, 8 ... Adhesive sheet, 50 ... P-type silicon Substrate, 51... N-type impurity diffusion region (base pattern), 60... Gold thin film, 70. Insulating film, 71... Silicon nitride film (base pattern), 72.

Claims

A metal film (5) is formed on the substrate (1) from the state in which the base pattern (3) and the insulating film (4) are exposed on the substrate (1), and then the base pattern ( 3) In the pattern forming method of leaving the metal film (5) over 3) and peeling the metal film (5) over the insulating film (4),
Surface modification by plasma treatment using a CF-based gas or a mixed gas of CF-based gas and oxygen with the aluminum thin film (3) and the insulating film (4) as the base pattern exposed on the substrate (1). easily peeled metal film is lowered to a peelable range the adhesion between the insulating film quality process in line Ukoto (4) and the metal film (5) (5) from said insulating film (4) and possible way, after the step, depositing the metal layer (5), a metal film on the insulating film leaving the metal film (5) on said aluminum thin film (3) (4) (5 ) Is peeled off. A pattern forming method characterized by that.

In the pattern formation method of Claim 1 ,
On the metal film (5), a step of forming a stress adjusting film (6) for adjusting the stress applied to the interface between the metal film (5) and the base by the film thickness , and then the base A pattern forming method characterized in that the metal film (5) on the insulating film (4) is peeled off while leaving the metal film (5) on the pattern (3) for use.

In the pattern formation method of Claim 2,
As the metal film (5), titanium, vanadium, chromium, cobalt, zirconium, aluminum, tantalum, tungsten, or a nitride of these metals or an alloy containing these metals as a main component is used, and the stress adjusting film (6 ) Using nickel, copper, palladium, or an alloy containing these metals as a main component.

In the pattern formation method of Claim 3 ,
With a titanium thin film as the above metal film (5), a nickel thin film as the stress adjusting film (6), the laminated films thereof titanium thin and nickel thin film, the total stress is 30 N / m or more A characteristic pattern forming method.

A metal film (5) is formed on the substrate (1) from a state where the base pattern (71) and the insulating film (72) are exposed on the substrate (1), and then the base pattern ( 71) In a pattern forming method of leaving the metal film (5) on 71) and peeling the metal film (5) on the insulating film (72) .
Divorced nitride film as the previous SL underlying pattern (71), a silicon oxide film used as an insulating film (72), on the underlying pattern (71) and said insulating layer (72), titanium, vanadium, The metal film (5) made of chromium, cobalt, zirconium, aluminum, tantalum, tungsten, or a nitride of these metals or an alloy containing these metals as a main component is formed, and a silicon nitride film and the metal are formed. Utilizing the peelability between the film (5) and the peelability difference between the silicon oxide film and the metal film (5), the silicon film (5) on the silicon nitride film (71) is left and the silicon A pattern forming method, wherein the metal film (5) on the oxide film (72) is peeled off.

In the pattern formation method of Claim 5 ,
On the metal film (5), a step of forming a stress adjusting film (6) for adjusting the stress applied to the interface between the metal film (5) and the base by the film thickness , and then the base A pattern forming method, wherein the metal film (5) on the silicon oxide film (72) is peeled off while leaving the metal film (5) on the pattern (71) for use.

In the pattern formation method of Claim 6,
Before SL stress adjusting film (6) as a nickel, copper, palladium, or a pattern forming method which is characterized by using an alloy mainly containing these metals.

In the pattern formation method of Claim 7 ,
With a titanium thin film as the above metal film (5), a nickel thin film as the stress adjusting film (6), the laminated films thereof titanium thin and nickel thin film, the total stress is 60N / m or more A characteristic pattern forming method.