JP3378023B2 - Method for forming high resolution pattern on solid substrate - Google Patents
Method for forming high resolution pattern on solid substrateInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は一般的に、パターン照射
段階を使用して固体基板上にパターン通りの膜を形成す
る方法に係る。より特定的には本発明は、基板にしっか
りと密着し該基板に所望の表面特性を与える超薄膜に係
る。更に詳細には本発明は、広範囲に異なる反応性を有
する複数の領域をサブミクロンのオーダの横解像度(l
ateral resolution)で基板表面に形
成する方法に係る。本発明によれば、反応性の違いに直
接基づいて、半導体、誘電性または導電性の表面にパタ
ーン通りの薄い金属被覆を堆積させることが可能であ
る。FIELD OF THE INVENTION The present invention generally relates to a method of forming a patterned film on a solid substrate using a pattern irradiation step. More specifically, the present invention relates to ultrathin films that adhere tightly to a substrate and provide the substrate with desired surface properties. More specifically, the present invention allows multiple regions with widely differing reactivity to be sub-micron lateral resolution (l
The present invention relates to a method of forming on the surface of a substrate by using an external solution. According to the present invention, it is possible to deposit a patterned thin metallization on a semiconductor, dielectric or conductive surface directly on the basis of the difference in reactivity.
【0002】表面域の化学的特性を空間(三次元)的に
変性し得る技術は種々の用途、特にマイクロエレクトロ
ニクスの分野で極めて重要である。本発明は、集積半導
体デバイスの作製に必須である高解像度レジスト、マス
ク、及び導電性パスを作製するために特に有用である。
本発明はまた、プリント回路及びマイクロ波回路用の石
英、アルミナ及び有機ポリマーのごとき絶縁性基板に高
解像度導電性パスを形成するために有用である。Techniques capable of spatially (three-dimensionally) modifying the chemical properties of surface areas are of great importance in various applications, especially in the field of microelectronics. The present invention is particularly useful for making high resolution resists, masks, and conductive paths that are essential in making integrated semiconductor devices.
The present invention is also useful for forming high resolution conductive paths in insulating substrates such as quartz, alumina and organic polymers for printed circuits and microwave circuits.
【0003】基板の選択された領域に金属を堆積させる
処理(通常は、「選択的パターン形成」または「選択的
堆積」と呼ばれる)は、プリント回路の作製及び集積回
路の作製の双方に関係を有するが、必要な解像度がかな
り異なっているので本文中ではこれらの2つの技術を別
々に取り扱う。The process of depositing metal on selected areas of a substrate (commonly referred to as "selective patterning" or "selective deposition") involves both printed circuit fabrication and integrated circuit fabrication. However, these two techniques are dealt with separately in the text, as the required resolutions are quite different.
【0004】[0004]
A.半導体マイクロリソグラフィー
より高速の電子デバイスをより低コストで得るためのた
ゆまぬ努力によって、ドープシリコン及びガリウムヒ素
化合物のごとき半導体基板に高解像度、高密度集積回路
部品を効率よく作製する方法が開発されてきた。1つの
方面では、高解像度パターン、即ち線幅1μ未満(1μ
は10-6m)を有するパターンを描画する方法が研究さ
れており、この研究分野はマイクロ回路リソグラフィー
として知られている。この主題の詳細な記載に関して
は、L.F.Thompson,C.G.Willso
n及びJ.J.Bowdenの著書、「Introdu
ction to Microlithograph
y」, ACS Press刊, NY(1983)を参
照するとよい。現在に至る集積回路部品の超小型化の進
歩の速さから考えると、10年後には約1/4μ(即ち
0.25μ)の解像度が必要になると予想される。マイ
クロリソグラフィー技術の現状及び今後予測される要件
に関しては、以下の論文:「The Submicro
n Lithography Labyrinth」,
A.N.Broers, SolidState Te
chnology, June 1985, pp.11
9〜126;及び「Materials for In
tegrated Circuit Process
Technology」, M.C.Peckerar,
Academic Press, 1988を参照す
るとよい。A. Through continuous efforts to obtain higher-speed electronic devices at lower cost than semiconductor microlithography, methods for efficiently producing high-resolution, high-density integrated circuit components on semiconductor substrates such as doped silicon and gallium arsenide compounds have been developed. It was In one direction, high-resolution patterns, that is, line widths less than 1μ (1μ
Has been studied, and this field of research is known as microcircuit lithography. For a detailed description of this subject, see L.S. F. Thompson, C.I. G. Willso
n and J. J. Bowden's book, Introdu
action to Microlithograph
y ”, published by ACS Press, NY (1983). Considering the speed of progress in ultra-miniaturization of integrated circuit components up to the present, it is expected that a resolution of about ¼ μ (that is, 0.25 μ) will be required in 10 years. Regarding the current status and future requirements of microlithography technology, the following paper: "The Submicro
n Lithography Labyrinth ",
A. N. Broers, SolidState Te
chology, June 1985, pp. 11
9-126; and "Materials for In
integrated Circuit Process
Technology ", M.A. C. Peckerar,
See Academic Press, 1988.
【0005】従来の集積回路の作製方法では、半導体表
面のパターン形成を以下の一般法で行なっている。ウェ
ーハ表面に照射線感受性有機コーティング(「ホトレジ
スト」)を塗布する。ヘキサメチルジシラザンのごとき
密着促進剤でウェーハを処理する前処理もしばしば使用
する。被覆表面を、光、電子ビーム、イオンビームまた
はX線のごとき照射線でパターン露光する。照射は、
「フラッド」法または「走査ビーム」法のいずれで行な
ってもよい。フラッド照射法は、照射されるべき全部の
領域を同時に露光する方法であり、パターン照射を行な
うためには、基板に像を投影するか、または、光源と基
板との間にマスクを挿入する。ビーム法では、加工面を
小領域即ち「画素」に分割し、通常はビームで所望のパ
ターンをトレースすることによって画素を順次に露光す
る。「ポジティブ」レジスト材料は、例えば光に誘発さ
れた結合切断によって照射領域の可溶性が増すレジスト
材料である。「ネガティブ」レジスト材料は、通常は縮
合またはフリーラジカル重合のごとき架橋反応によって
照射領域の可溶性が減るレジスト材料である。化学的現
像(例えば濃縮水酸化ナトリウムまたは塩素化炭化水素
溶媒に接触させる処理)後に、不溶性有機材料のパター
ンが残存する。イオンプラズマまたはエッチャント溶液
に接触させると、未被覆領域の基板材料が除去される。
残留有機材料を化学的に除去すると、エッチングされた
凹状の「トラフ」領域と、レジストによって保護された
のでエッチングされない「プラトー」領域とが出現す
る。In the conventional method for manufacturing an integrated circuit, pattern formation on the semiconductor surface is performed by the following general method. Apply a radiation-sensitive organic coating (“photoresist”) to the wafer surface. A pretreatment of treating the wafer with an adhesion promoter such as hexamethyldisilazane is also often used. The coated surface is pattern exposed with radiation, such as light, electron beam, ion beam or X-ray. Irradiation
Either the "flood" method or the "scanning beam" method may be used. The flood irradiation method is a method of simultaneously exposing the entire area to be irradiated, and in order to perform pattern irradiation, an image is projected on the substrate or a mask is inserted between the light source and the substrate. In the beam method, the work surface is divided into small areas or "pixels" and the pixels are exposed sequentially, usually by tracing the desired pattern with a beam. A "positive" resist material is one in which the exposed areas are more soluble, for example by light-induced bond scission. "Negative" resist materials are resist materials that generally have reduced solubility in the irradiated areas due to crosslinking reactions such as condensation or free radical polymerization. After chemical development (eg, treatment with concentrated sodium hydroxide or chlorinated hydrocarbon solvent), a pattern of insoluble organic material remains. Contact with the ion plasma or etchant solution removes the substrate material in the uncoated areas.
Chemical removal of residual organic material reveals recessed "trough" areas that are etched and "plateau" areas that are protected by the resist and therefore are not etched.
【0006】集積マイクロ電子回路部品の工業生産にお
いてまず考慮すべきいくつかの条件には、半導体基板中
の描線(feature)の解像度;処理能力(thr
oughput);均一性及び再現性;並びに設備資本
及び材料コストがある。ラングミュア−ブロジェット法
を用いて堆積されたステアリン酸ビニル及びω−トリコ
セン酸の多層膜は、電子ビーム照射によって線幅及び線
間隔60nmの線を描画し得る(A.Barraud
他, Thin Solid Films, 68, 1
980, pp91〜100;A.Broers &
M.Pomerantz, Thin Solid F
ilms, 99, 1983, pp323〜329参
照)。In the industrial production of integrated microelectronic circuit components, some conditions to be considered first are the resolution of a feature in a semiconductor substrate; the throughput (thr).
uniformity; reproducibility; and capital and material costs. Multilayer films of vinyl stearate and ω-tricosenoic acid deposited using the Langmuir-Blodgett method can draw lines with line width and line spacing of 60 nm by electron beam irradiation (A. Barraud).
Others, Thin Solid Films, 68 , 1
980, pp 91-100; Broers &
M. Pomarantz, Thin Solid F
ilms, 99 , 1983, pp 323-329).
【0007】ビームリソグラフィー法には多くの欠点が
ある。第一に、コンピュータ制御ビームシステムは、か
なりの資本支出を要し、また維持コストも高い。第二
に、レジスト材料の露光感度に限界があるので個々の画
素を順次照射する必要があるため、フラッド照射よりも
はるかに長時間を要する。描線密度及びウェーハサイズ
は双方とも増加の一途にあるので、処理能力(即ち各素
子(item)を形成するための所要時間)について考
慮することもますます必要になる。第三に、レジストの
解像度とエッチング液に対する耐性とをバランスよく調
整する必要がある。固体内部に打込まれた電子ビームが
失ったエネルギは、電子の侵入深度にほぼ等しい直径の
長球形スペースに散乱することは公知である。侵入深度
は入射電子のエネルギに伴って増加する。その結果とし
て、(膜厚全体が照射されると仮定すると)、露光され
た領域の直径は、侵入深度が膜厚に等しいときに最小に
なる。従って、解像度の改良は、スピンキャスト有機ポ
リマー膜または前述のラングミュア−ブロジェット膜の
ようなより薄いレジスト膜の使用によって達成される。
しかしながら、有機超薄膜レジストは、膜に不均質(特
にピンホール)が存在する、レジストの描線を下の基板
に転写するために使用される強力なプラズマエッチング
処理に耐性でない、などの多くの問題を含む。The beam lithography method has many drawbacks. First, computer-controlled beam systems require significant capital outlay and high maintenance costs. Second, the exposure sensitivity of the resist material is limited, so that it is necessary to sequentially irradiate individual pixels, which requires a much longer time than flood irradiation. Since both the line density and the wafer size are increasing, it becomes more and more necessary to consider the processing capability (that is, the time required to form each element). Thirdly, it is necessary to adjust the resolution of the resist and the resistance to the etching solution in a well-balanced manner. It is known that the energy lost by an electron beam driven into a solid is scattered into an oblong space with a diameter approximately equal to the penetration depth of the electron. The penetration depth increases with the energy of the incident electrons. As a result, the diameter of the exposed area is minimal (assuming the entire film thickness is illuminated) when the penetration depth is equal to the film thickness. Therefore, improved resolution is achieved by the use of thinner resist films such as spin cast organic polymer films or the Langmuir-Blodgett films described above.
However, organic ultra-thin film resists have many problems, such as the presence of inhomogeneities in the film (especially pinholes) and the inability to withstand the intense plasma etching processes used to transfer the resist lines to the underlying substrate. including.
【0008】ホトリソグラフィー処理は、解像度及び処
理能力の最良の組み合わせを与える最も普及した技術で
ある。現在の処では、工業生産に実用化できる規模で作
製され得るマイクロ回路部品の描線の解像度の限度は1
μのオーダである。ホトリソグラフィーでは一般に、通
常は膜厚300nm〜1μのスピンキャスト有機レジス
ト膜で被覆された半導体基板にパターン通りの紫外線
(400nm以下)を照射してパターンを描画する。解
像度の改良の程度は、使用される光の波長と膜の組成と
ホトレジストの厚さとの組み合わせによって主に制限さ
れる。Photolithography processing is the most prevalent technique that gives the best combination of resolution and processing power. At present, there is a limit of 1 for drawing line resolution of microcircuit parts that can be produced on a scale that can be put to practical use in industrial production.
It is of the order of μ. In photolithography, generally, a semiconductor substrate coated with a spin-cast organic resist film having a thickness of 300 nm to 1 μm is irradiated with ultraviolet rays (400 nm or less) according to the pattern to draw a pattern. The degree of resolution improvement is limited primarily by the combination of the wavelength of light used, the composition of the film and the thickness of the photoresist.
【0009】ホトリソグラフィーにおいては、解像度が
照射線の波長に反比例することが公知である。従って、
レジストが感受性を示し得る最も短い波長の照射線を使
用すると高解像度が得られる。紫外線照射に適した多数
の光源を使用でき、例えば水銀ランプ、キセノンラン
プ、重水素ランプ、表面プラズマ放出ソース、Nd−Y
AGレーザー、エキシマ−レーザー及びこれらソースか
ら発生する光高調波がある。現在使用されている高解像
度ホトレジストの大部分は、近紫外線(即ち320〜4
00nm)に感受性である。遠紫外線(200〜320
nm)または真空紫外線(200nm以下)の領域で有
用な公知のホトレジストは存在するとしても少ない。It is known in photolithography that the resolution is inversely proportional to the wavelength of the radiation. Therefore,
High resolution is obtained using the shortest wavelength radiation that the resist can be sensitive to. A large number of light sources suitable for UV irradiation can be used, eg mercury lamps, xenon lamps, deuterium lamps, surface plasma emission sources, Nd-Y.
There are optical harmonics generated from AG lasers, excimer lasers and these sources. Most of the high resolution photoresists currently in use are in the near UV (ie 320-4).
00 nm). Far ultraviolet rays (200-320
nm) or VUV (200 nm or less) useful photoresists are few, if any.
【0010】紫外線の波長は4〜400nmの範囲であ
る。この範囲は、近紫外線(400〜300nm)、遠
紫外線(300〜200nm)及び深紫外線(200n
m以下)に大別される。深紫外線は空気によって強力に
吸収され、従って通常は真空装置において使用される。
このような理由から、深紫外線はしばしば、真空紫外線
と呼ばれる。The wavelength of ultraviolet rays is in the range of 4 to 400 nm. This range includes near ultraviolet rays (400 to 300 nm), deep ultraviolet rays (300 to 200 nm) and deep ultraviolet rays (200 n).
m or less). Deep UV is strongly absorbed by air and is therefore commonly used in vacuum systems.
For this reason, deep UV is often called vacuum UV.
【0011】ビーム技術に関して上記に説明したよう
に、ホトリソグラフィーで使用されるスピンコートされ
たレジスト膜は、ピンホールを防止し且つ適当なプラズ
マエッチング耐性を有するように少なくとも1/10μ
の数倍の厚さを有していなければならない。厚膜を使用
する際の解像度を制限するその他の要因としては、膜中
の像がぼやける、膜中に定在波が発生する、膜の不均質
性によってレイリー散乱が生じる、光反応域の三次元的
広がりのコントロールが難しい、などがある。スピンコ
ーティングは、中央よりも縁端が厚い膜を形成し易い。
膜厚にむらがあると、回折及び焦点ぼけなどの問題があ
るので、コンタクトマスク露光(即ち、レジストを塗布
した基板にパターンを描画したマスクを直接接触させて
行なう露光)による解像度が低下する。更に、スピンコ
ーティング機は高価であり、基板を順次に(即ち1つず
つ順番に)コートしなければならない。As described above with respect to beam technology, spin-coated resist films used in photolithography have at least 1/10 μm to prevent pinholes and have adequate plasma etching resistance.
Must have a thickness of several times. Other factors that limit the resolution when using thick films include blurred images in the film, standing waves in the film, Rayleigh scattering due to film inhomogeneity, and third-order photoreaction zones. It is difficult to control the original spread. Spin coating tends to form a film with a thicker edge than in the center.
If the film thickness is uneven, there are problems such as diffraction and defocusing, so that the resolution by contact mask exposure (that is, exposure performed by directly contacting a resist-coated substrate with a mask on which a pattern is drawn) is lowered. Moreover, spin coaters are expensive and the substrates must be coated sequentially (ie, one at a time).
【0012】従来のホトレジストは一般に、パターンの
形成後に、化学的現像(即ち可溶性レジスト材料の除
去)処理を要する。現像で使用される溶媒、特に塩素化
炭化水素は環境に有害であることが知られている。ま
た、レジストの不完全溶解によって現像中に解像度(特
に縁端の鮮明さ)が低下する。Conventional photoresists generally require a chemical development (ie, removal of soluble resist material) treatment after formation of the pattern. Solvents used in development, especially chlorinated hydrocarbons, are known to be harmful to the environment. In addition, the incomplete dissolution of the resist lowers the resolution (especially the sharpness of the edges) during development.
【0013】公知のレジスト膜に見られるその他の難点
は、基板に対する密着性が不完全または弱いこと、従っ
て必要なレジスト領域が基板から剥離して製作物が使用
できなくなる可能性があることである。レジスト材料は
しばしば、周囲光、湿気及び温度に敏感なのでその取り
扱いには特別の配慮が必要である。Another difficulty encountered with known resist films is that the adhesion to the substrate is incomplete or weak, and thus the required resist areas may be stripped from the substrate, rendering the product unusable. . Resist materials are often sensitive to ambient light, moisture and temperature, requiring special handling in their handling.
【0014】半導体基板に金属パスを形成するためにも
多くの方法がある。一般には、気相法またはスパッタリ
ングによって基板の領域全体に薄い金属被膜を堆積させ
る。パターンの描画及び現像段階よりも後の段階で金属
の大部分を除去する。高解像度金属パターンを選択的に
堆積させ得る工業的なホトリソグラフィー方法は現在ま
で存在していないと考えられる。There are many methods for forming metal paths in a semiconductor substrate. Generally, a thin metallization is deposited over the area of the substrate by vapor deposition or sputtering. Most of the metal is removed after the pattern drawing and development steps. It is believed that no industrial photolithographic method capable of selectively depositing high resolution metal patterns exists to date.
【0015】B.プリント回路
プリント回路の作製においては、有機ポリマー(例え
ば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン−または
ポリスルホン)及び金属酸化物(例えばアルミニウム酸
化物)のごとき絶縁性基板上に密着性金属パターンを形
成する。金属パターンの形成にはその他の多くの方法も
使用できるが、一般には半導体基板の場合と同様に、気
相堆積及びパターン形成と金属層の大部分の除去とを順
次行なう手順を用いる。B. Printed Circuits In the manufacture of printed circuits, an adhesive metal pattern is formed on an insulating substrate such as an organic polymer (eg acrylonitrile-butadiene-styrene- or polysulfone) and a metal oxide (eg aluminum oxide). Although many other methods can be used to form the metal pattern, generally as in the case of a semiconductor substrate, a sequence of vapor deposition and patterning followed by removal of most of the metal layer is used.
【0016】公知の種々の手順を用い、まず基板の所望
の領域だけに金属を選択的に堆積させる。かかる手順の
1つでは、ポリマー基板を使用し、パターンを描画した
ホトレジスト層を酸によってエッチングし、エッチング
されたレジスト表面を、スズ塩及び貴金属塩の溶液に順
次接触させるかまたはこれらの塩の混合物に同時に接触
させることによって金属堆積に対して活性化する。エッ
チングされた表面を活性化した後に、基板を無電解めっ
き浴に浸漬させる。代表的な無電解めっき浴は、金属イ
オン、錯形成剤、安定剤及び還元剤を含む。還元剤は、
活性化された領域に限って錯金属イオンを金属に還元す
る。めっきされた金属表面自体がその後の金属堆積に対
する触媒の作用を果たし、従って、基板をめっき浴に浸
漬させる時間の長さを調節することによってめっき層の
厚さを調節し得る。技術的文献(特許を含む)に記載さ
れたポリマー基板に対する金属の無電解めっきに関して
は、F.A.Dominoの論文、「Plating
of Plastics−−Recent Devel
opments」, Chemical Techno
logy Review No.138, Noyes
Data Corporation, New Jer
sey(1979)を参照するとよい。Using various known procedures, the metal is first selectively deposited only in the desired regions of the substrate. In one such procedure, a polymer substrate is used and the patterned photoresist layer is acid etched and the etched resist surface is contacted sequentially with a solution of a tin salt and a precious metal salt or a mixture of these salts. Activated for metal deposition by simultaneous contact with. After activating the etched surface, the substrate is immersed in the electroless plating bath. A typical electroless plating bath contains metal ions, complexing agents, stabilizers and reducing agents. The reducing agent is
The complex metal ion is reduced to a metal only in the activated region. The plated metal surface itself acts as a catalyst for subsequent metal deposition, and thus the thickness of the plating layer can be adjusted by adjusting the length of time the substrate is immersed in the plating bath. For electroless plating of metals on polymer substrates described in the technical literature (including patents), see F. A. Domino's paper, "Plating
of Plastics--Recent Device
Opportunities ", Chemical Techno
logic Review No. 138, Noes
Data Corporation, New Jer
See sey (1979).
【0017】上記の一般方法は、エポキシ基板に150
μの解像度でパターンを形成するために使用されてきた
(J.K.Dorey他, 米国特許4.537,79
9;特許日8/27/85)。該特許の記載によれば、
現像及びエッチング段階に代えてレーザーアニーリング
及び化学的ドーピングを用いる手順を使用してポリフェ
ニレンスルフィド基板に幅100μの金属線を形成す
る。これらの方法はかなりの数の処理段階を含み、従っ
て、特に本発明方法に比較すると、長時間を要しまた費
用も高い。The general method described above was applied to epoxy substrates with 150
It has been used to form patterns with μ resolution (JK Dorey et al., US Pat. No. 4.537,79).
9; Patent date 8/27/85). According to the description of the patent,
Metal lines 100 μm wide are formed on the polyphenylene sulfide substrate using a procedure that uses laser annealing and chemical doping instead of developing and etching steps. These methods involve a considerable number of processing steps and are therefore time-consuming and expensive, especially when compared to the method of the invention.
【0018】絶縁性基板の選択的活性化を行なうため
に、スタンプまたはステンシルを使用し、基板表面の活
性化金属イオンを還元する還元性金属錯体またはレドッ
クス試薬を含む「インキ」を付着させることによって金
属めっき層を形成する方法も公知である。この方法によ
って形成される金属パターンの解像度は、スタンプまた
はステンシルで可能な最小物理的寸法によって厳密に制
限される。この一般方法は、セラミック基板上に金属パ
ターンを形成するために使用される。ポリマー結合剤と
の混合物の形態でステンシルを介してアルミナ基板に塗
布された還元性金属錯体が、熱処理によって金属パター
ンに変換され得ることは公知である。この方法の欠点
は、描線の解像度が限られていること、基板に対する金
属の密着性に問題があること、及び、高価な強熱プロセ
スを要することである。In order to effect selective activation of the insulating substrate, a stamp or stencil is used to deposit an "ink" containing a reducing metal complex or a redox reagent that reduces the activated metal ions on the surface of the substrate. A method of forming a metal plating layer is also known. The resolution of the metal pattern formed by this method is severely limited by the smallest physical size possible with a stamp or stencil. This general method is used to form metal patterns on ceramic substrates. It is known that a reducing metal complex applied to an alumina substrate via a stencil in the form of a mixture with a polymer binder can be converted into a metal pattern by heat treatment. The drawbacks of this method are the limited resolution of the strokes, the poor adhesion of the metal to the substrate, and the need for expensive ignition processes.
【0019】[0019]
A.半導体マイクロ回路部品
半導体マイクロ回路部品の技術に関する本発明の目的
は、電子ビーム照射または光照射、好ましくは、従来使
用されている近紫外線の波長である320nmまたは4
00nmよりも短い波長の光の照射によって高解像度で
パターンを描画でき、化学的現像が不要であり、ピンホ
ールが極めて少なく、半導体基板に対する密着性がよ
く、従来のレジストよりも環境条件の変化に耐性で、露
光領域または非露光領域で選択的に化学反応(例えば金
属堆積)を生じ得、半導体マイクロ回路の作製に現在使
用されているリアクティブイオンプラズマとの長時間接
触(例えば数分間)条件下でも基板との結合性(int
egrity)を維持し得る感光膜を提供することであ
る。要するに、本発明の主目的は、半導体マイクロ回路
の製造に今まで用いられていた高解像度レジストのもつ
欠点がない超薄膜高解像度レジストを提供することであ
る。A. Semiconductor Microcircuit Components The object of the present invention relating to the technology of semiconductor microcircuit components is electron beam irradiation or light irradiation, preferably 320 nm or 4 which is the wavelength of near-ultraviolet rays which has been conventionally used.
Patterns can be drawn with high resolution by irradiation with light with a wavelength shorter than 00 nm, no chemical development is required, pinholes are extremely few, adhesion to semiconductor substrates is good, and environmental conditions change more than conventional resists. Long-term contact (eg, several minutes) with a reactive ion plasma that is resistant and can selectively undergo chemical reactions (eg, metal deposition) in exposed or unexposed areas and is currently used to fabricate semiconductor microcircuits. Even underneath, the bondability with the substrate (int
An object of the present invention is to provide a photosensitive film capable of maintaining the engritability. In summary, the main object of the present invention is to provide an ultra-thin film high resolution resist which does not have the drawbacks of the high resolution resists used to date in the manufacture of semiconductor microcircuits.
【0020】本発明の別の目的は、従来の無電解めっき
法を使用して半導体基板上に高解像度パターンを形成す
るマイクロ回路の製造方法を提供することである。Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a microcircuit for forming a high resolution pattern on a semiconductor substrate using a conventional electroless plating method.
【0021】本発明のまた別の目的は、導電性、半導体
または誘電性基板の上に、密着性がよくエッチング耐性
の超薄膜高解像度レジストパターンを形成することであ
る。Another object of the present invention is to form an ultrathin film high resolution resist pattern having good adhesion and etching resistance on a conductive, semiconductor or dielectric substrate.
【0022】本発明の更に別の目的は、現在使用されて
いるいくつかのマイクロ回路製造方法で使用される真空
システムのごとき複雑または高価な装置を要せずに標準
ウェット化学法を使用して高解像度金属パターンを形成
する方法を提供することである。Yet another object of the present invention is to use standard wet chemistry methods without the need for complicated or expensive equipment such as vacuum systems used in some of the microcircuit fabrication methods currently in use. A method of forming a high resolution metal pattern is provided.
【0023】本発明の別の目的は、広い温度範囲にわた
って安定に維持されまた高湿度に十分に耐性であるた
め、専用の雰囲気調節装置によって保護されることが不
要な極度に薄い高解像度レジストを製造することであ
る。Another object of the present invention is to provide an extremely thin high resolution resist which is stable over a wide temperature range and is sufficiently resistant to high humidity that it does not need to be protected by a dedicated atmosphere control device. It is to manufacture.
【0024】また別の目的は、リソグラフマスクを作
製、複製及び修復するために、可視光線及び紫外線透過
性の基板上に、可視光線及び紫外線を透過しない高解像
度の金属パターンを形成することである。Yet another object is to form a high resolution metal pattern that is opaque to visible and ultraviolet light on a substrate that is transparent to visible light and ultraviolet light in order to make, duplicate and repair a lithographic mask. .
【0025】B.プリント回路
プリント回路部品の技術に関する本発明の主要な目的
は、絶縁性基板の上に高解像度導電性通路を形成する高
速、簡単且つ廉価な方法を提供することである。B. PRINTED CIRCUIT A primary objective of the present invention, which relates to the technology of printed circuit components, is to provide a fast, simple and inexpensive method of forming high resolution conductive vias on an insulating substrate.
【0026】プリント回路部品の技術に関する本発明の
別の目的は、絶縁性基板の上に密着性金属パターンを形
成し得る方法を提供することである。Another object of the invention relating to the technology of printed circuit components is to provide a method by which an adhesive metal pattern can be formed on an insulating substrate.
【0027】プリント回路部品の技術に関する本発明の
更に別の目的は、絶縁性基板の上に金属を選択的に堆積
させる方法を提供することである。Yet another object of the present invention relating to the technology of printed circuit components is to provide a method of selectively depositing metal on an insulating substrate.
【0028】プリント回路部品の技術に関する本発明の
別の目的は、市販品として大量入手できる比較的廉価で
比較的無害な水性無電解めっき溶液を使用したプリント
回路の製造方法を提供することである。Another object of the present invention relating to the technology of printed circuit components is to provide a method of manufacturing printed circuits using relatively inexpensive and relatively harmless aqueous electroless plating solutions which are commercially available in large quantities. .
【0029】[0029]
【課題を解決するための手段】本発明によって基板上に
パターン通りの分子集合を形成する方法は、1つの表面
にわたって実質的に等しい反応性を有する照射線反応性
物質の層を少なくとも1つ有する基板を準備する段階を
含む。照射線反応性物質の表面をパターン照射で露光し
て、異なる反応性を有する空間的に離れた第1及び第2
の領域を生じさせる。パターンが形成された基板を得る
ために、前記第1及び第2の領域の一方に少なくとも1
つの追加材料層を直接堆積させる。The method of forming patterned molecular assemblies on a substrate according to the present invention comprises at least one layer of radiation-reactive material having substantially equal reactivity over one surface. The step of preparing a substrate is included. The surface of the radiation-reactive material is exposed by pattern irradiation to provide spatially separated first and second having different reactivities.
Give rise to an area of. At least one of the first and second regions is provided in order to obtain a patterned substrate.
Two additional material layers are deposited directly.
【0030】本発明は、基板の反応性を変性する層また
は膜を基板の表面に堆積させることによって基板に金属
パターンを形成する方法を含み得る。好ましくは、触媒
前駆物質に結合すべく十分な反応性を有する膜の領域だ
けに触媒前駆物質を付着させ、次いで基板を無電解金属
めっき浴に入れ、触媒前駆物質が付着した領域を金属め
っき層する。好ましくは、基板が表面に極性官能基を含
むタイプの基板であり、単分子膜がモノマーまたはポリ
マーから成り基板の表面に堆積した自己集合性膜であ
る。The present invention may include a method of forming a metal pattern on a substrate by depositing a layer or film that modifies the reactivity of the substrate on the surface of the substrate. Preferably, the catalyst precursor is deposited only on the regions of the film that have sufficient reactivity to bind to the catalyst precursor, then the substrate is placed in an electroless metal plating bath, and the region where the catalyst precursor is deposited is placed on the metal plating layer. To do. Preferably, the substrate is a type of substrate having a polar functional group on its surface, and the monomolecular film is a self-assembled film made of a monomer or polymer and deposited on the surface of the substrate.
【0031】本発明の特徴は、離間間隔0.1μ以下の
高解像度導電性パスを形成し得ることである。本発明は
特に、半導体マイクロリソグラフイー、電気デバイスの
製造、プリント回路の作製、マスクの複製、作製及び修
復などに関連して重要である。A feature of the present invention is that high-resolution conductive paths having a separation distance of 0.1 μ or less can be formed. The invention is particularly important in connection with semiconductor microlithography, electrical device fabrication, printed circuit fabrication, mask duplication, fabrication and repair, and the like.
【0032】[0032]
【好ましい態様】本文中で使用したいくつかの用語を以
下に定義する。「超薄膜」なる用語は、少なくとも1分
子の厚みを有する膜または層を意味する。使用される膜
の膜厚はしばしば、基板の露光に使用される光の波長の
約1/4よりも小さい値であり、単分子層と同じ薄さで
もよい。Preferred Embodiments Some terms used in the text are defined below. The term "ultra-thin film" means a film or layer having a thickness of at least one molecule. The thickness of the film used is often less than about 1/4 the wavelength of the light used to expose the substrate, and may be as thin as the monolayer.
【0033】「照射線反応性物質」なる用語は、照射線
に反応性であり、露光に使用された照射線を吸収しその
結果として変性され得る物質を意味する。好ましくは、
照射線反応性物質は波長400nm未満の光を吸収す
る。より好ましくは、照射線反応性物質は、該物質の露
光に使用された波長に吸収最大値を有する。照射線反応
性物質としては、有機、無機及び重合物質がある。重合
物質の例としては、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリ
スルホン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリメタクリレ
ート、ポリブタジエン、ポリエチレンテレフタレート、
パラフィン、ポリイソプレン及びかかる物質のブレンド
並びにコポリマーがある。無機物質としては、クロロシ
ラン、メトキシシラン、エトキシシラン、シラザン、チ
タン酸塩、ジルコニウム酸塩などがある。The term "radiation-reactive material" means a material which is reactive to radiation and which can absorb the radiation used for exposure and consequently be modified. Preferably,
The radiation-reactive substance absorbs light having a wavelength of less than 400 nm. More preferably, the radiation-reactive material has an absorption maximum at the wavelength used to expose the material. Radiation-reactive substances include organic, inorganic and polymeric substances. Examples of polymeric substances include polyether, polyurethane, polysulfone, polystyrene, polyamide, polymethacrylate, polybutadiene, polyethylene terephthalate,
There are paraffins, polyisoprenes and blends and copolymers of such substances. Examples of the inorganic substance include chlorosilane, methoxysilane, ethoxysilane, silazane, titanate and zirconate.
【0034】「照射線」なる用語は、処理すべき表面の
反応性を変性する任意の電磁波を意味する。厚い(例え
ば1μの)ホトレジストを使用する従来のホトリソグラ
フィー法においては、その方法の総解像度が、膜または
層の反応性を変化させる光の波長に正比例する。従って
特許請求の範囲に記載の方法では、好ましくは0.5μ
未満の理論的解像度を得るために500nmより短い照
射線を使用し、より好ましくは0.25μ未満の理論的
解像度を得るために250nmより短い照射線を使用す
る。この方法では、パターン描画用照射線の波長よりも
かなり薄い超薄膜も使用できるので、10nmのオーダ
の描線解像度を得るために、近光波(near fie
ld optics)を使用することも可能である。近
光波に関しては、U.Durig他の論文、「Near
−Field OpticalScanning Mi
croscopy with Tunnel−Dist
ance Regulation」、IBM J.Re
s.Develop.,Vol.30, p478(19
26)を参照するとよい。「解像度」なる用語は、堆積
された線例えば金属線の間隔または線幅を意味する。線
の厚み即ち金属堆積層の高さは極めて小さく、オングス
トロームの範囲かそれよりも多少大きい程度である。パ
ターン照射は、従来公知の方法のいずれか、例えば、電
子ビームもしくはレーザービームによる直接描画、ステ
ップ・アンド・リピート方式の投影、プロキシミティ
(近接)プリンティング、コンタクト(接触)プリンテ
ィングなどを用いて行なう。The term "radiation" means any electromagnetic wave that modifies the reactivity of the surface to be treated. In conventional photolithographic methods using thick (eg, 1 μ) photoresist, the total resolution of the method is directly proportional to the wavelength of light that alters the reactivity of the film or layer. Therefore, in the method described in the claims, preferably 0.5 μ
A radiation shorter than 500 nm is used to obtain a theoretical resolution of less than 500 nm, and more preferably a radiation shorter than 250 nm is used to obtain a theoretical resolution of less than 0.25 μ. In this method, an ultra-thin film which is considerably thinner than the wavelength of the pattern writing irradiation line can be used, so that in order to obtain a line drawing resolution of the order of 10 nm, a near light wave
It is also possible to use ld optics). Regarding near light waves, U.S.P. Durig et al., “Near
-Field Optical Scanning Mi
crosscopy with Tunnel-Dist
ance Regulation ", IBM J. Re
s. Development. , Vol. 30, p478 (19
26). The term "resolution" means the spacing or line width of deposited lines, such as metal lines. The line thickness, or metal deposit height, is very small, in the Angstrom range or slightly higher. The pattern irradiation is performed using any of the conventionally known methods, for example, direct writing with an electron beam or a laser beam, step-and-repeat type projection, proximity (proximity) printing, contact (contact) printing, and the like.
【0035】「触媒前駆物質」なる用語は、無電解めっ
きの分野で常用の用語であり、該物質が付着した基板の
領域に無電解的に金属を堆積させ得る化合物または粒子
を意味しており、例えばパラジウム/スズコロイドがあ
る。The term "catalyst precursor" is a term commonly used in the field of electroless plating and refers to a compound or particle capable of electrolessly depositing a metal on the area of a substrate to which it is attached. , For example palladium / tin colloid.
【0036】「パターン通りの分子集合」なる用語は、
予め選択されたパターンに一致するように基板の表面に
堆積される構造を意味する。このパターンは、パターン
照射によって描画される。分子集合は、1つの物質の単
一層でもよくまたは同じもしくは異なる物質の多層でも
よい。これらの物質としては、無機及び有機の物質、例
えば半導体、金属、またこれらの組み合わせがある。例
えば、第1の層が空間的に異なる反応性領域のうちの最
も反応性の領域に結合した金属例えばパラジウムから成
り、第2の層がパラジウムに結合した別の金属例えば銅
から成ってもよい。特定用途毎の要求に応じて、別の層
を更に設けてもよい。または、特定のクロロシランのご
とき照射線反応性物質を露光し、次いで最も反応性の領
域に選択的に第2のクロロシランを堆積させてもよい。
第1の反応性物質がUTF4で第2の反応性物質がUT
F3である場合、UTF4は非露光領域に結合し、従っ
て、UTF3は露光領域だけに結合するであろう。更
に、空間的に異なる反応性領域のうちの最も反応性の領
域に結合するパラジウム−スズコロイドを導入すること
によって分子集合を堆積させ、次いで第3の層例えばニ
ッケル層を形成し、その上に第4の層例えば銅層を形成
してもよい。この場合の分子集合は、UTF3/Pd−
Sn/Ni/Cuのサンドイッチ構造であろう。The term "pattern-wise molecular assembly" refers to
By a structure deposited on the surface of a substrate to conform to a preselected pattern. This pattern is drawn by pattern irradiation. The molecular assembly may be a single layer of one substance or multiple layers of the same or different substances. These materials include inorganic and organic materials such as semiconductors, metals, and combinations thereof. For example, the first layer may consist of a metal, eg palladium, bound to the most reactive of the spatially different reactive areas, and the second layer may consist of another metal, eg copper, bound to palladium. . Additional layers may be further provided depending on the requirements of each specific application. Alternatively, a radiation-reactive material such as a particular chlorosilane may be exposed and then a second chlorosilane may be selectively deposited in the most reactive areas.
The first reactive material is UTF4 and the second reactive material is UT
If F3, UTF4 will bind to the unexposed areas, and thus UTF3 will only bind to the exposed areas. In addition, the molecular assembly is deposited by introducing a palladium-tin colloid that binds to the most reactive of the spatially different reactive regions, then forming a third layer, for example a nickel layer, on top of which. Four layers may be formed, for example a copper layer. The molecular assembly in this case is UTF3 / Pd-
It may be a sandwich structure of Sn / Ni / Cu.
【0037】「空間的に異なる反応性領域」は、表面層
の照射線反応性物質が適当な照射波長でパターン露光さ
れたときに生じる種々の化学成分(moiety)の高
解像度パターンから構成される。空間的に異なる反応性
領域は、単一平面内または三次元領域内に配列されるこ
とができ、無機、有機、ポリマー、金属または半導体な
どの物質の少なくとも1原子の厚みを有する層から成
る。有機物質としては、脂肪族不飽和及び芳香族炭化水
素、メタクリレート、アミン、ハロカーボン、エステ
ル、エーテル、ポリマーなどがある。無機物質として
は、シリコン酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化
物、アルミニウム酸化物、白金酸化物、銅酸化物など及
びそれらの混合物がある。"Spatially different reactive regions" are composed of high resolution patterns of various chemistries that result when the radiation-reactive material of the surface layer is pattern-exposed at an appropriate irradiation wavelength. . The spatially different reactive regions can be arranged in a single plane or in a three-dimensional region and consist of layers having a thickness of at least one atom of a substance such as an inorganic, organic, polymer, metal or semiconductor. Organic materials include aliphatic unsaturated and aromatic hydrocarbons, methacrylates, amines, halocarbons, esters, ethers, polymers and the like. Inorganic materials include silicon oxides, titanium oxides, zirconium oxides, aluminum oxides, platinum oxides, copper oxides and the like and mixtures thereof.
【0038】「親コロイド性」なる用語は、基板または
膜の領域のコロイド粒子を優先的に吸引する特性を意味
する。The term "colloidal affinity" refers to the property of preferentially attracting colloidal particles in the area of a substrate or film.
【0039】本発明で有用な金属材料としては、白金、
金、銅、ニッケル合金、パラジウム及び導電性またはそ
の他の特性を与える公知のその他の物質がある。The metal material useful in the present invention is platinum,
There are gold, copper, nickel alloys, palladium and other materials known to provide conductivity or other properties.
【0040】本文中で使用される「導電性パス」なる用
語は、導体として使用するため、半導体などの別の電子
デバイスで別の目的で使用するため、または装飾その他
の目的で使用するためのすべての種類のパターンを意味
する。As used herein, the term "conductive path" is intended to be used as a conductor, for another purpose in another electronic device such as a semiconductor, or for decoration or other purposes. Means all kinds of patterns.
【0041】本発明の分子集合は、プリント回路、半導
体、コンデンサなどの電気デバイスを形成し得る。プリ
ント回路のごとき電気デバイスは、高解像度を有し、金
属層の導電性がよく且つ金属層の密着性がよい。同様
に、本発明によって製造された半導体デバイスは、高解
像度を有し標準的電気要件に適合する。The molecular assembly of the present invention can form electrical devices such as printed circuits, semiconductors, capacitors and the like. Electrical devices, such as printed circuits, have high resolution, good electrical conductivity of the metal layer and good adhesion of the metal layer. Similarly, semiconductor devices manufactured according to the present invention have high resolution and meet standard electrical requirements.
【0042】本発明の1つの実施態様によれば、シリコ
ン基板上の高解像度選択的メタライゼーションは、シリ
コンウェーハ基板をシラン化し、界面に露出した末端オ
レフィン基によって基板に共有結合した単分子シラン層
を形成させることにより可能となる。紫外線のエネルギ
は共有結合エネルギと同程度の量であり、従って共有結
合を2つに開裂することが可能であり、これは光分解と
して知られている。本発明においては、薄膜(シラン膜
等)中で光分解反応を生起するために紫外線を使用す
る。このために、膜で被覆されたウェーハ表面にX線、
電子ビーム、または真空紫外線(より長い波長も使用で
きるが可能な最大解像度を得るために好ましくは210
nm未満の波長の紫外線)を照射する。ただし、その照
射線は、膜のいくつかの領域を十分に開裂できる強度及
び波長を有することを要する。照射後のウェーハを中間
現像段階で処理することなく、ウェーハの表面にコロイ
ド状パラジウム/スズ(Pd/Sn)触媒前駆物質をコ
ートする。この物質は、膜の非照射領域だけに付着す
る。次いでウェーハを無電解めっき浴に浸漬させると、
Pd/Sn触媒によって活性化された領域にだけ金属が
堆積する。In accordance with one embodiment of the present invention, high resolution selective metallization on a silicon substrate comprises silanizing a silicon wafer substrate and a monomolecular silane layer covalently bonded to the substrate by terminal olefin groups exposed at the interface. It becomes possible by forming. The energy of UV light is comparable to the covalent energy, so it is possible to cleave the covalent bond in two, known as photolysis. In the present invention, ultraviolet rays are used to cause a photolysis reaction in a thin film (silane film or the like). For this purpose, X-rays are applied to the surface of the wafer covered with the film,
Electron beam, or vacuum UV (preferably 210 to obtain the maximum resolution possible although longer wavelengths can be used)
UV light having a wavelength of less than nm). However, the radiation must have sufficient intensity and wavelength to cleave some regions of the membrane. The colloidal palladium / tin (Pd / Sn) catalyst precursor is coated on the surface of the wafer without treating the irradiated wafer in an intermediate development stage. This material adheres only to the non-irradiated areas of the film. Then, immersing the wafer in the electroless plating bath,
The metal is deposited only in the areas activated by the Pd / Sn catalyst.
【0043】本発明の主要な特徴は図3Aに概略的に示
すように、コロイド状パラジウム/スズ(Pd/Sn)
触媒前駆物質が、無電解浴によってめっきされるべき基
板の領域にだけ付着することである。所望パターンの触
媒層を形成し、図3Aに概略的に示す無電解めっき法の
残りの工程を進める。典型的な無電解めっき法は、J.
Henry, Metal Finishing Gu
idebook Directory, Vol.86,
pp397〜414(1988)に記載されている。
1つの見方によれば本発明の特徴は、薄膜が基板に強力
に密着するように薄膜を基板と触媒層との間に配置し、
膜に形成された高解像度パターンに触媒が選択的に付着
することであると考えてもよい。The main feature of the present invention is that colloidal palladium / tin (Pd / Sn) is shown schematically in FIG. 3A.
The catalyst precursor is only deposited on the areas of the substrate to be plated by the electroless bath. A catalyst layer having a desired pattern is formed, and the remaining steps of the electroless plating method schematically shown in FIG. 3A are performed. A typical electroless plating method is described in J.
Henry, Metal Finishing Gu
ideabook Directory, Vol. 86,
pp 397-414 (1988).
According to one aspect, the invention is characterized in that the thin film is arranged between the substrate and the catalyst layer so that the thin film strongly adheres to the substrate,
It may be considered that the catalyst is selectively attached to the high resolution pattern formed on the film.
【0044】スペーサーとして作用する薄膜を形成し得
る物質、即ち分子が適当な条件下に自己集合し得るよう
な物質は多数存在する。概してこのような自己集合性分
子は、極性端部と、該極性端部の反対側の末端または末
端近傍に反応性部分を有する無極性端部とを有し、典型
的には飽和または不飽和の炭化水素鎖から成る中間領域
を含む。UTF4の場合のように中間領域を含まない場
合もある。スペーサーはモノマーまたはポリマーのいず
れから成ってもよい。There are many substances that can form thin films that act as spacers, that is, molecules that can self-assemble under appropriate conditions. Generally, such self-assembling molecules have a polar end and an apolar end having a reactive moiety at or near the opposite end of the polar end, typically saturated or unsaturated. An intermediate region consisting of a hydrocarbon chain of In some cases, as in the case of UTF4, the intermediate area is not included. The spacer may consist of either a monomer or a polymer.
【0045】(基板の極性表面と相互作用する)極性末
端基は式:RnSiXm〔式中、Rは有機官能基;nは
1,2または3の数;m=4−n;及びXはハロゲン、
アルコキシまたはアミン〕のシランを含む。The polar end group (which interacts with the polar surface of the substrate) is of the formula: RnSiXm where R is an organic functional group; n is a number of 1, 2 or 3; m = 4-n; and X is a halogen. ,
Alkoxy or amine] silane.
【0046】極性末端基の例として更に、カルボン酸、
酸塩化物、無水物、スルホニル基、ホスホリル基、ヒド
ロキシル基及びアミノ酸基がある。Further examples of polar end groups are carboxylic acids,
There are acid chlorides, anhydrides, sulfonyl groups, phosphoryl groups, hydroxyl groups and amino acid groups.
【0047】無極性末端基のグループの例としては、オ
レフィン、アセチレン、ジアセチレン、アクリレート、
芳香族炭化水素、メタクリレート、メチル、ペルフッ素
化炭化水素、第1アミン、長鎖炭化水素及びエステルが
ある。Examples of groups of non-polar end groups are olefins, acetylenes, diacetylenes, acrylates,
There are aromatic hydrocarbons, methacrylates, methyls, perfluorinated hydrocarbons, primary amines, long chain hydrocarbons and esters.
【0048】表面に極性官能基を本来有しているかまた
は処理によって与えられた基板の例として、シリカ(石
英及びガラス)、シリコン(ドープ及び非ドープ)、そ
の他の半導体(例えばゲルマニウム、ガリウムヒ素化合
物)または、エポキシ、ポリスルホンのごとき有機ポリ
マー、金属並びにアルミナのごとき金属酸化物がある。
化学反応、光化学反応、接触反応またはその他の反応を
含む種々の手順で2官能分子を基板に定着させてもよ
い。Examples of substrates which either have polar functional groups on their surface or which have been provided by treatment include silica (quartz and glass), silicon (doped and undoped), other semiconductors (eg germanium, gallium arsenide compounds). ) Or organic polymers such as epoxies, polysulfones, metals and metal oxides such as alumina.
The bifunctional molecule may be attached to the substrate by a variety of procedures including chemical reactions, photochemical reactions, catalytic reactions or other reactions.
【0049】この場合、上記のごとく、単分子層を形成
する基板の外層は、基板の本体と同一で基板と一体であ
ってもよく、または異なる材料によって別個に設けられ
た薄膜から成ってもよく、個々の用途次第で極性または
無極性であり得る。In this case, as described above, the outer layer of the substrate forming the monolayer may be the same as the body of the substrate and integral with the substrate, or may be a thin film separately provided by a different material. Well, it can be polar or non-polar, depending on the particular application.
【0050】本発明で使用される自己集合性薄膜の形成
方法では、アクセス可能な反応性基を外面に有する均一
な単分子超薄膜(約200nm未満)が得られる。これ
らの基の反応性を変性するために種々の方法を使用し得
る。方法を選択する際には、膜中に形成すべきパターン
の所望の解像度が、方法の決定要因または要因の1つと
して考慮される。種々の方法の1つに、単分子構造の光
分解開裂によって基板を非反応性にするかまたは基板の
反応性を低下させる方法がある。その結果としてオレフ
ィンは、酸化によってある種のカップリング剤(例えば
適宜改質されたバイオ分子、触媒及び分光プローブ)に
対してより反応性にされる結果、ヒドロキシル基を生成
することもあり得る。薄膜の所定領域の反応性が変性さ
れるので、(1)反応性が変化した領域だけに、または
(2)変化した領域以外のすべての場所に、化学反応が
生じ得る。従って、本発明の重要な効果は、種々の化学
反応性を有する部位を膜中に高解像度で生じさせ、無電
解めっき浴に対する触媒前駆物質を反応性部分だけに付
着させることである。The method of forming the self-assembled thin film used in the present invention provides a uniform unimolecular ultrathin film (less than about 200 nm) having accessible reactive groups on the outer surface. Various methods may be used to modify the reactivity of these groups. When selecting a method, the desired resolution of the pattern to be formed in the film is considered as one of the determinants or factors of the method. One of the various methods is to render the substrate non-reactive or less reactive by photolytic cleavage of the monomolecular structure. As a result, olefins can also generate hydroxyl groups as a result of being made more reactive by oxidation to certain coupling agents (eg, appropriately modified biomolecules, catalysts and spectroscopic probes). Because the reactivity of certain regions of the thin film is modified, chemical reactions can occur (1) only in the regions where the reactivity has changed, or (2) everywhere except the changed regions. Therefore, an important effect of the present invention is to generate sites having various chemical reactivities in the film with high resolution and to attach the catalyst precursor to the electroless plating bath only to the reactive parts.
【0051】基板が半導体シリコンウェーハ(p形、n
形または真性シリコンのいずれでもよい)の場合、膜
は、自己集合性シランの単分子層から形成され得る。こ
の種のシランの非限定例として、7−オクテニルジメチ
ルクロロシラン、5−ヘキセニルジメチルクロロシラン
及びその他の公知のクロロシラン、並びに、その他の公
知のシリコン材料、メトキシシラン、ポリシロキサン、
エトキシシロキサン、4−アミノブチルジメチルメトキ
シシラン及び1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラ
ザンがある。膜は、シロキサン(Si−O−Si)ブリ
ッジ及びファン・デル・ワールス力を含む化学的及び物
理的吸着によってシリコン基板に定着される。表面にイ
オン化可能な末端ヒドロキシル基を有する任意の基板は
シラン薄膜を定着させ得る。自己集合性単層を使用する
この方法は単層と基板との間の共有結合形成を含み、こ
れによって膜は、物理的に吸着された(physiso
rbed)ラングミュア−ブロジェット膜よりも強力に
基板に密着し得る。The substrate is a semiconductor silicon wafer (p-type, n-type
In either form or intrinsic silicon), the film may be formed from a monolayer of self-assembling silane. Non-limiting examples of this type of silane include 7-octenyldimethylchlorosilane, 5-hexenyldimethylchlorosilane and other known chlorosilanes, as well as other known silicon materials, methoxysilanes, polysiloxanes,
There are ethoxysiloxanes, 4-aminobutyldimethylmethoxysilane and 1,1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane. The film is anchored to the silicon substrate by chemical and physical adsorption, including siloxane (Si-O-Si) bridges and van der Waals forces. Any substrate having ionizable terminal hydroxyl groups on its surface can anchor the silane film. This method using a self-assembled monolayer involves the formation of covalent bonds between the monolayer and the substrate, whereby the membrane is physically adsorbed (physiso).
rbed) Langmuir-Blodgett film can adhere to a substrate more strongly.
【0052】次に、図1Aを参照する。図1Aは、固体
基板1の表面にシラン溶液からシラン分子を吸着させる
ことによって、固体基板に自己集合性シラン単層を形成
させるプロセスを概略的に示す。この概略図において、
シラン分子は一端に「極性」ヘッド2を有し、このヘッ
ド2は、分子の他端に存在する無極性官能基に炭化水素
鎖を介して結合している。テールは図1Aの左右両側に
夫々示す反応性部分3または非反応性部分4を有し得
る。図1Bに概略的に示すように、無極性官能基が反応
性部分3を有するときは、この末端基は三角記号で示さ
れており、該末端基が非反応性部分4を有するときは、
この基が*記号で示されている。スペーサー5は、ヘッ
ドとテールとを結合するいかなる物質でもよく、例えば
ヘテロ原子を含み得る炭素原子数20以下の脂肪族また
は芳香族の直鎖状または分枝状炭化水素である。Next, referring to FIG. 1A. FIG. 1A schematically shows a process of forming a self-assembling silane monolayer on a solid substrate by adsorbing silane molecules from a silane solution on the surface of the solid substrate 1. In this schematic,
The silane molecule has a "polar" head 2 at one end which is attached via a hydrocarbon chain to a non-polar functional group present at the other end of the molecule. The tail may have a reactive portion 3 or a non-reactive portion 4 shown on the left and right sides of FIG. 1A, respectively. As schematically shown in FIG. 1B, when the non-polar functional group has a reactive moiety 3, this end group is indicated by a triangle symbol, and when the end group has a non-reactive moiety 4,
This group is indicated by the * symbol. The spacer 5 may be any substance that connects the head and the tail, and is, for example, an aliphatic or aromatic linear or branched hydrocarbon having 20 or less carbon atoms which may contain a hetero atom.
【0053】図2に示す方法で、シラン単層の選択され
た領域に紫外線を照射することによって、照射されたシ
ラン分子の反応性部分が光に誘発されて開裂する。図3
A及び図5Bに概略的に示すように、Pd/Snコロイ
ド状触媒6がウェーハの表面に展開されるとき、コロイ
ド状触媒は、界面の触媒付着性部分だけに結合する。触
媒は、照射線に露光されて失活した反応性部分を有する
基またはUTF4のようにコロイドが十分に付着しない
部分を有する基には付着しない。ウェーハを無電解めっ
き浴に浸漬すると、図3Aに示すように、Pd/Sn触
媒前駆物質がシラン単層に付着した部分だけがめっきさ
れる。金属パターン7が形成された基板をイオンエッチ
ングで処理すると、エッチング後には図4Aに概略的に
示すように金属被覆プラトー(metal toppe
d plateaus)が残る。酸化酸によって金属被
覆を除去し得る。従来技術の項で挙げたような半導体マ
イクロリソグラフィー及びプリント回路の分野で公知の
マスキング及びエッチング段階、手順及び材料を本発明
で使用し得る。By irradiating selected regions of the silane monolayer with ultraviolet light in the manner shown in FIG. 2, the reactive moieties of the irradiated silane molecules are photoinduced and cleaved. Figure 3
As shown schematically in A and FIG. 5B, when the Pd / Sn colloidal catalyst 6 is spread on the surface of the wafer, the colloidal catalyst binds only to the catalytically adhering portions of the interface. The catalyst does not attach to groups that have reactive moieties that have been deactivated by exposure to radiation or groups that have moieties that do not adhere well to the colloid, such as UTF4. When the wafer is immersed in the electroless plating bath, as shown in FIG. 3A, only the portion where the Pd / Sn catalyst precursor is attached to the silane monolayer is plated. When the substrate on which the metal pattern 7 is formed is treated by ion etching, a metal-coated plateau (metal top plate) is formed after the etching, as schematically shown in FIG. 4A.
d plateaus) remains. The metal coating may be removed with an oxidizing acid. Masking and etching steps, procedures and materials known in the field of semiconductor microlithography and printed circuits such as those listed in the prior art section may be used in the present invention.
【0054】[0054]
【実施例】実施例1
天然の酸化物表面を有するn形シリコンウェーハ(Mo
nsanto製, St.Louis, MO)を標準法
で洗浄した。洗浄後、3回蒸留した蒸留水による表面の
湿潤性をZisman型接触角度計で測定すると、測定
値0°が得られた。この値は、表面が極めて親水性(即
ち、表面に展開した水の膜によって表面が湿潤される)
であることを示す。シリコンウェーハの表面に、1%
(v/v)の7−オクテニルジメチルクロロシラン(U
TF1)(Petrarch Co., Bristo
l PA)を含むトルエン溶液を室温で塗布し、UTF
1の単分子膜がシリコンに化学吸着される十分な時間
(例えば15分間)維持した。ホットプレート上のウェ
ーハを、空気中、温度約100℃で5分間ベーキングし
て残留溶媒を膜から除去した。シラン化表面は極めて疎
水性(即ち撥水性)であり、水との接触角度は85°で
あった。 EXAMPLE 1 An n-type silicon wafer having a natural oxide surface (Mo
manufactured by Nsanto, St. Louis, MO) was washed by standard methods. After washing, the wettability of the surface with distilled water distilled three times was measured with a Zisman type contact angle meter, and a measurement value of 0 ° was obtained. This value indicates that the surface is extremely hydrophilic (ie the surface is wetted by a film of water spread on the surface).
Is shown. 1% on the surface of silicon wafer
(V / v) 7-octenyldimethylchlorosilane (U
TF1) (Petrarch Co., Bristo
l PA) in toluene solution at room temperature
It was maintained for a sufficient time (for example, 15 minutes) for the monomolecular film of 1 to be chemisorbed to silicon. The wafer on the hot plate was baked in air at a temperature of about 100 ° C. for 5 minutes to remove residual solvent from the film. The silanized surface was extremely hydrophobic (ie water repellent) with a contact angle with water of 85 °.
【0055】XD2408−Tパラジウムクロリド/ス
ズクロリドコロイド状活性化物質(MacDermid
Co., Waterbury, CT)を入手形態の
ままで使用した。シラン化ウェーハ表面をPd/Snコ
ロイド状活性化物質で5分間被覆した。次いでウェーハ
を十分に水洗した。ウェーハの表面は明らかに親水性で
あった。これはコロイドが結合したことを示す。次い
で、製造業者(MacDermid)の指示通りに調製
したMetex 9027無電解銅めっき浴にウェーハ
を5分間浸漬させた。浴から取り出したウェーハを十分
に水洗した。ウェーハの表面に銅の金属被膜が観察され
た。走査型電子顕微鏡でウェーハの表面を観察すると、
ウェーハの表面に均一な連続金属被膜が存在することが
判明した。XD2408-T Palladium Chloride / Tin Chloride Colloidal Activator (MacDermid)
Co. , Waterbury, CT) was used as received. The silanized wafer surface was coated with Pd / Sn colloidal activator for 5 minutes. The wafer was then thoroughly washed with water. The surface of the wafer was obviously hydrophilic. This indicates that the colloid has bound. The wafer was then immersed for 5 minutes in a Metex 9027 electroless copper plating bath prepared according to the manufacturer's (MacDermid) instructions. The wafer taken out of the bath was thoroughly washed with water. A metal coating of copper was observed on the surface of the wafer. When observing the surface of the wafer with a scanning electron microscope,
It was found that there was a uniform continuous metal coating on the surface of the wafer.
【0056】例2
天然の酸化物表面を有する同様のn形シリコンウェーハ
(Monsanto製)を使用し、実施例1の手順のう
ち、ウェーハの表面をUTF1でシラン化する段階を削
除しメッキ浴の浸漬時間を延長する以外は、実施例1と
同様に処理した。無電解銅めっき浴に15分間浸漬後、
ウェーハ表面には不規則に分布した小さい金属パッチが
少数存在するだけであった。 Example 2 Using a similar n-type silicon wafer (made by Monsanto) with a native oxide surface, the procedure of Example 1 was eliminated with the step of silanating the surface of the wafer with UTF1 removed. The same treatment as in Example 1 was performed except that the immersion time was extended. After soaking in the electroless copper plating bath for 15 minutes,
There were only a few small irregularly distributed metal patches on the wafer surface.
【0057】例3
天然の酸化物表面を有するn形シリコンウェーハ(Mo
nsanto製)を実施例1の手順を用いてシラン化し
た。次いでウェーハをアルゴン雰囲気下に維持し、ウェ
ーハから3cm離れた水銀/アルゴンランプ(Orie
l Co.,Stamford CT)から紫外線を1
0分間照射した。Mamir紫外線線量計によってウェ
ーハの被照射面から3cm離れた紫外線の照度を測定
し、測定値4.3mW/cm2が得られた。実施例1で
使用した銅めっき浴に15分間浸漬後のウェーハに銅め
っき層は存在しなかった。 Example 3 An n-type silicon wafer with a native oxide surface (Mo
Nsanto) was silanized using the procedure of Example 1. The wafer was then maintained under an argon atmosphere with a mercury / argon lamp (Orie) 3 cm away from the wafer.
l Co. , Stamford CT)
Irradiate for 0 minutes. The illuminance of ultraviolet rays 3 cm away from the irradiation surface of the wafer was measured with a Mamir ultraviolet dosimeter, and a measured value of 4.3 mW / cm 2 was obtained. No copper plating layer was present on the wafer after immersion in the copper plating bath used in Example 1 for 15 minutes.
【0058】実施例4
天然の酸化物表面を有するn形シリコンウェーハ(Mo
nsanto製)を標準法で洗浄し、実施例1の手順で
シラン化した。残留溶媒を除去した後、ウェーハを室温
まで放冷した。選択領域の光を遮断するために低解像度
の金属マスクをシラン化表面と機械的接触させて配置し
た。次いでウェーハをアルゴンの不活性ガス雰囲気下に
維持しながら水銀/アルゴン(Hg/Ar)ランプ(O
rielCo., Stamford, CT)から紫外
線を10分間フラッド照射した。Mamir紫外線線量
計によってウェーハ表面から3cm離れた紫外線の照度
を測定し、測定値4.3mW/cm2が得られた。この
紫外線の測定波長は254nmであった。紫外線照射後
のウェーハ表面を、XD2408−T パラジウムクロ
リド/スズクロリドコロイド状活性化物質(MacDe
rmid Co.)に5分間浸漬させた。次いでウェー
ハを十分に水洗した。照射されなかった表面の領域だけ
が親水性であった。これらの結果は、オレフィン系シラ
ンがPd/Snコロイドと強力に相互作用したことを示
す。次いで実施例1と同様にMetex 9027 C
u浴にウェーハを5分間浸漬させると、マスクで遮蔽さ
れた領域の描線を複製した薄い銅めっき層が形成され
た。使用されたマスクが多数の金属堆積パターンを有す
るときは、金属線は高解像度で互いに極めて接近し、ま
た非メタライズ領域との境界も明確である。 Example 4 An n-type silicon wafer having a natural oxide surface (Mo
(manufactured by Nsanto) was washed by a standard method and silanized by the procedure of Example 1. After removing the residual solvent, the wafer was allowed to cool to room temperature. A low resolution metal mask was placed in mechanical contact with the silanized surface to block light in selected areas. Then, while maintaining the wafer in an inert gas atmosphere of argon, a mercury / argon (Hg / Ar) lamp (O
riel Co. , Stamford, CT) was flood irradiated with UV light for 10 minutes. The illuminance of ultraviolet rays 3 cm away from the wafer surface was measured by a Mamir ultraviolet dosimeter, and a measured value of 4.3 mW / cm 2 was obtained. The measurement wavelength of this ultraviolet ray was 254 nm. After irradiating the ultraviolet rays, the wafer surface is treated with XD2408-T palladium chloride / tin chloride colloidal activator (MacDe
rmid Co. ) For 5 minutes. The wafer was then thoroughly washed with water. Only the areas of the surface that were not irradiated were hydrophilic. These results indicate that the olefinic silane strongly interacted with the Pd / Sn colloid. Then as in Example 1, Metex 9027 C
Immersing the wafer in the u bath for 5 minutes formed a thin copper plating layer that duplicated the lines of the masked area. When the mask used has a large number of metal deposition patterns, the metal lines are very close to each other with high resolution and the boundaries with the non-metallized areas are well defined.
【0059】実施例5
2%(v/v)のUTF1シランを含むトルエン溶液を
使用する以外は実施例1の手順を用い、天然の酸化物表
面を有するn形シリコンウェーハをシラン化した。石英
基板上に電子ビームで形成されたクロム膜から成るホト
リソグラフマスクを介してシラン化ウェーハを15分間
照射した。ウェーハをシラン化する前に、製造業者(S
hipley Company, Newton, M
A)の指示通りにCataposit 44濃縮物及び
固体Cataprep 404からPd/Snコロイド
状活性化物質を調製した。また、製造業者(Shipl
eyCompany)の処方通りに328A及び328
Q原液から無電解銅めっき浴を調製した。 Example 5 An n-type silicon wafer with a native oxide surface was silanized using the procedure of Example 1 except that a toluene solution containing 2% (v / v) UTF1 silane was used. The silanized wafer was irradiated for 15 minutes through a photolithographic mask made of a chromium film formed by an electron beam on a quartz substrate. Before silanizing the wafer, the manufacturer (S
hipley Company, Newton, M
Pd / Sn colloidal activator was prepared from Cataposit 44 concentrate and solid Cataprep 404 as instructed in A). In addition, the manufacturer (Shipl
328A and 328 as prescribed by eyCompany)
An electroless copper plating bath was prepared from the Q stock solution.
【0060】照射後に、ホトリソグラフィー法を用いウ
ェーハをShipleyコロイドで5分間被覆した。蒸
留水で十分に水洗後、ウェーハを銅めっき浴に2分半浸
漬した。ウェーハを水洗後、ウェーハ表面を明視野反射
顕微鏡で観察した。この観察によれば、マスクのパター
ンがウェーハ上に銅で複製されていた。SloanDe
ktakプロフィール計で測定した銅膜の厚みは20n
mであった。2点プローブ装置によって測定した膜の導
電率は5000mho/cmであった。After irradiation, the wafer was coated with Shipley colloid for 5 minutes using the photolithography method. After thoroughly washing with distilled water, the wafer was immersed in a copper plating bath for 2 and a half minutes. After washing the wafer with water, the surface of the wafer was observed with a bright-field reflection microscope. According to this observation, the pattern of the mask was duplicated on the wafer with copper. SloanDe
The thickness of the copper film measured by the ktak profile meter is 20n.
It was m. The conductivity of the film measured with a two-point probe device was 5000 mho / cm.
【0061】銅パターンが形成されたウェーハをPla
smatherm Model 54リアクティブイオ
ンエッチングシステム(PlasmathermC
o.,Crescent, N.J.)に入れ、CF4 プ
ラズマに5分間接触させた。普通の条件下にシリコン基
板をエッチング速度0.1μ/分で総深さ0.5μとな
るようにエッチングした。Nikon Optipho
t M differential interfer
ence contrast Nomarski顕微鏡
でウェーハを観察すると、銅めっき層の下部以外の全部
の場所でウェーハが深さ0.5μまでエッチングされて
いることが判明した。線幅5μで隣接線間の間隔5μ
(縁端解像度約1μ)の線及びその他のパターンが、エ
ッチングされた表面よりも隆起した領域即ちプラトー領
域としてシリコンウェーハに複製されていた。銅パター
ンが高解像度のポジティブレジスト層として作用したこ
とは明らかである。エッチングされたウェーハを、Ke
vexエネルギ分散性X線分光計を備えたISI走査型
電子顕微鏡でX線蛍光ラインスキャンによって観察する
と、隆起領域に銅が残存していることが判明し、これは
銅めっき層がイオンプラズマ中に5分間残存したことを
証明する。The wafer on which the copper pattern is formed is placed in the Pla
smatherm Model 54 reactive ion etching system (Plasmatherm C
o. , Crescent, N .; J. ) And contacted with CF 4 plasma for 5 minutes. The silicon substrate was etched under normal conditions at an etching rate of 0.1 μ / min to a total depth of 0.5 μ. Nikon Optipho
t M differential interface
When the wafer was observed with an ence contrast Nomarski microscope, it was found that the wafer was etched to a depth of 0.5 μ in all places except the lower part of the copper plating layer. Line width 5μ, spacing between adjacent lines 5μ
Lines and other patterns (edge resolution about 1 μ) were replicated in the silicon wafer as raised areas or plateau areas above the etched surface. It is clear that the copper pattern acted as a high resolution positive resist layer. Ke the etched wafer
When observed by X-ray fluorescence line scanning with an ISI scanning electron microscope equipped with a vex energy dispersive X-ray spectrometer, it was found that copper remained in the raised areas, which was due to the copper plating layer being in ion plasma. Prove that 5 minutes remained.
【0062】実施例6
銅パターンが形成されたn形シリコンウェーハを実施例
5の手順で作製した。しかしながら、パターンの作成に
は、ミクロンサイズの描線を有する石英−クロムホトリ
ソグラフマスクを使用した。銅パターンが形成されたシ
リコンウェーハをCF4 プラズマエッチングする前に、
ウェーハを顕微鏡観察すると、ウェーハの表面の銅パタ
ーンがマスクパターンのすぐれた複製であることが判明
した。ウェーハを5分間プラズマエッチングした後、ウ
ェーハをエッチング装置から取り出し、電子顕微鏡で観
察した。プラズマエッチングに対する銅めっきの耐性
は、厚さ約40nmの銅が隆起領域に残存するメタライ
ズド領域で明らかであった。ウェーハ上に複製された描
線は例えば、長さ約1cmで幅2μ未満の線、長さ4μ
で幅約1/2μの線、一辺約5μの方形凹部(即ちトラ
フ)などである。Example 6 An n-type silicon wafer on which a copper pattern was formed was produced by the procedure of Example 5. However, a quartz-chrome photolithographic mask with micron-sized lines was used to create the pattern. Before CF 4 plasma etching a silicon wafer on which a copper pattern is formed,
Microscopic examination of the wafer revealed that the copper pattern on the surface of the wafer was a good replica of the mask pattern. After the wafer was plasma-etched for 5 minutes, the wafer was taken out of the etching apparatus and observed with an electron microscope. The resistance of the copper plating to plasma etching was evident in the metallized areas where about 40 nm thick copper remained in the raised areas. The line drawn on the wafer is, for example, about 1 cm long and less than 2 μ wide, 4 μ long.
And a line having a width of about 1/2 μ, a rectangular recess (that is, a trough) having a side of about 5 μ.
【0063】実施例7
p形シリコンウェーハ(Monsanto製)を使用し
て実施例4の手順を反復した。実施例4と同様に、マス
クで遮蔽された領域の描線を再現する薄い銅めっき層が
ウェーハ上に形成された。p形ウェーハ上のめっき層と
n形ウェーハ上のめっき層との間に有意な違いは識別さ
れなかった。Example 7 The procedure of Example 4 was repeated using a p-type silicon wafer (manufactured by Monsanto). As in Example 4, a thin copper plating layer was formed on the wafer to reproduce the lines drawn in the masked area. No significant difference was identified between the plated layer on the p-type wafer and the n-type wafer.
【0064】実施例8
1%の5−ヘキセニルジメチルクロロシラン(UTF
2;PetrarchCo., Bristol P
A)を含むトルエン溶液を使用して実施例1の手順を繰
り返した。ウェーハを照射し、次いで実施例5と同様に
銅めっきした。UTF2処理表面及びUTF1処理表面
に夫々複製された金属パターンの間に見掛けの違いは存
在しなかった。Example 8 1% 5-hexenyldimethylchlorosilane (UTF
2; Petrarch Co. , Bristol P
The procedure of Example 1 was repeated using a toluene solution containing A). The wafer was irradiated and then copper plated as in Example 5. There were no apparent differences between the metal patterns replicated on the UTF2 treated surface and the UTF1 treated surface, respectively.
【0065】実施例9
この実施例は、4−アミノブチルジメチルメトキシシラ
ン(UTF3)を使用した多結晶質シリコン(ポリシリ
コン)のパターン形成を示す。Example 9 This example demonstrates the patterning of polycrystalline silicon (polysilicon) using 4-aminobutyldimethylmethoxysilane (UTF3).
【0066】ポリシリコンは、マイクロ回路の作製に必
要な最高の解像度でゲート及び相互接続構造を形成する
ために最もよく使用される材料である。UTF3は、分
子の極性末端が基板の表面のヒドロキシル基と反応する
点で7−オクテニルジメチルクロロシラン(UTF1)
及び5−ヘキセニルジメチルクロロシラン(UTF2)
と同様の表面シラン化剤である。しかしながら、UTF
3は表面反応の副生物としてHClでなくCH3OHを
遊離する。UTF3はまた、無極性末端がオレフィンで
なく末端第一アミン基を有するという点で先の2つのシ
ランとは異なっている。無電解めっき業界では、金属堆
積に先立つPd/Snコロイド状触媒を結合させるため
にアミノ基が好ましいことが公知である。高解像度金属
パターン形成のためにオレフィン基の代わりにアミノ基
をシリコン表面で使用し得る。Polysilicon is the most commonly used material for forming gate and interconnect structures with the highest resolution required for microcircuit fabrication. UTF3 is 7-octenyldimethylchlorosilane (UTF1) in that the polar end of the molecule reacts with the hydroxyl groups on the surface of the substrate.
And 5-hexenyldimethylchlorosilane (UTF2)
Is a surface silanizing agent similar to. However, UTF
3 liberates CH 3 OH instead of HCl as a by-product of the surface reaction. UTF3 also differs from the previous two silanes in that the non-polar end has a terminal primary amine group rather than an olefin. It is known in the electroless plating industry that amino groups are preferred for attaching Pd / Sn colloidal catalysts prior to metal deposition. Amino groups can be used on the silicon surface instead of olefin groups for high resolution metal pattern formation.
【0067】625℃のBruce 735炉でCVD
によってp形シリコンウェーハに、4000オングスト
ロームのポリシリコンを堆積させた。次いで、ウェーハ
を標準法で洗浄した。接触角度は0°であった。ウェー
ハをアルゴン雰囲気下に2%(v/v)のUTF3のト
ルエン溶液に5分間浸漬させた。ウェーハをホットプレ
ートに載せて100℃で2分間ベーキングし、接触角度
を測定すると76°であった。処理したウェーハを2つ
に分け、一方をコロイド状Pd/Sn活性化物質に5分
間接触させた。コロイドを除去し、ウェーハを蒸留水で
洗浄した。次いで、ウェーハを無電解銅めっき浴に2分
間浸漬した。ウェーハ上に銅の連続膜が形成された。こ
の結果は、前記第一アミンが、コロイド状Pd/Snに
結合しその結果として金属堆積を触媒し得る表面定着官
能基(前記オレフィン基以外の)の別の例であることを
示す。CVD in Bruce 735 furnace at 625 ° C.
4000 Å of polysilicon was deposited on a p-type silicon wafer by. The wafer was then cleaned by standard methods. The contact angle was 0 °. The wafer was immersed in a 2% (v / v) solution of UTF3 in toluene under an argon atmosphere for 5 minutes. The wafer was placed on a hot plate, baked at 100 ° C. for 2 minutes, and the contact angle was measured to be 76 °. The treated wafer was divided into two and one was contacted with the colloidal Pd / Sn activator for 5 minutes. The colloid was removed and the wafer was washed with distilled water. The wafer was then immersed in the electroless copper plating bath for 2 minutes. A continuous film of copper was formed on the wafer. The results show that the primary amines are another example of surface anchoring functional groups (other than the olefinic groups) that can bind to the colloidal Pd / Sn and consequently catalyze metal deposition.
【0068】ウェーハの他方の半体をマスクを介して2
cm離れたHg/Arペンランプで30分間照射した。
次いでウェーハをめっきすると、マスクで遮蔽された領
域だけにCuの滑らかな連続膜が形成された。The other half of the wafer is passed through the mask 2
Irradiation was carried out for 30 minutes with a Hg / Ar pen lamp separated by cm.
The wafer was then plated to form a smooth continuous film of Cu only in the areas shielded by the mask.
【0069】実施例10
超薄膜分子に関する情報を得る優れた方法は、信号増幅
を行なう減衰全反射(ATR)セルによる赤外線スペク
トル分析の使用である。45°シリコン結晶(Harr
ick Co., Ossining NY)を実施例
1に記載のごとくUTF1で処理した。結晶をWilk
s Scientific 9000ATRセルに保持
し、P−E 1800分光計を使用して窒素雰囲気下に
4000cm-1から1500cm-1の結晶臨界(Cut
off)まで16000回走査した。得られたスペクト
ルを、純粋な非処理結晶のスペクトルを減算することに
よって補正した。UTF1膜の炭化水素領域に起因する
ピークを観察し、夫々、2854cm-1(対称CH2ス
トレッチ), 2924cm-1(非対称CH2ストレッ
チ), 2956cm-1(非対称CH3ストレッチ)、2
998cm-1(対称CH3ストレッチ)及び3078c
m-1(ビニルストレッチ)と確定した。2つのKRS−
5プレート(Wilks Scientific)間に
展開した純粋なUTF1液体のスペクトルでもほぼ同じ
ピークが観察された。ピークは、3077cm-1, 2
996cm-1, 2956cm-1, 2927cm-1及び
2857cm-1に観察された。低エネルギ側に少しシフ
トし、且つ単層スペクトルのピーク幅が狭くなっている
ことは、単層が純粋な液体よりも高秩序(ordere
d)であることを示す。Example 10 An excellent way to obtain information about ultrathin film molecules is the use of infrared spectral analysis with an attenuated total reflection (ATR) cell with signal amplification. 45 ° silicon crystal (Harr
ick Co. , Ossining NY) was treated with UTF1 as described in Example 1. Wilk the crystal
s Scientific 9000 ATR cell, and using a PE-1800 spectrometer under a nitrogen atmosphere at a crystal critical (Cut) of 4000 cm -1 to 1500 cm -1.
scanning 16000 times. The spectra obtained were corrected by subtracting the spectra of pure untreated crystals. The peaks due to the hydrocarbon region of the UTF1 film were observed, and 2854 cm −1 (symmetric CH 2 stretch), 2924 cm −1 (asymmetric CH 2 stretch), 2956 cm −1 (asymmetric CH 3 stretch), 2
998 cm -1 (symmetrical CH 3 stretch) and 3078c
Determined to be m -1 (vinyl stretch). Two KRS-
Almost the same peaks were observed in the spectrum of pure UTF1 liquid spread between 5 plates (Wilks Scientific). The peak is 3077 cm -1 , 2
996cm -1, 2956cm -1, which is observed in 2927Cm -1 and 2857cm -1. The small shift to the low energy side and the narrowing of the peak width of the monolayer spectrum indicate that the monolayer has a higher order than pure liquids.
d).
【0070】次いで、薄膜をHg/Arランプで30分
間照射した。照射後にバックグラウンドを補正した結晶
のスペクトルは無構造(featureless)であ
り、これは表面から単層が開裂したことを示す。この観
察は、光化学的に開裂される分子に代替して同じ部位に
別の分子を導入し得るので、高い横解像度のパターンを
形成するために反応し得る化学成分(chemical
moiety)の選択の範囲が広がる余地があること
を示唆している。The thin film was then irradiated with a Hg / Ar lamp for 30 minutes. The background-corrected crystal spectrum after irradiation was featureless, indicating cleavage of the monolayer from the surface. This observation allows the introduction of another molecule at the same site in lieu of the photochemically cleaved molecule so that the chemical moieties that can react to form a high lateral resolution pattern.
This suggests that there is room for expanding the range of selection of the “moiety”.
【0071】実施例11
アルミナ(Al2O3)上の高解像度銅パターンの形成
高度に研摩されたマイクロ波品質のアルミナ(Al
2O3)ウェーハ(E.I.Dupont de Nem
ours Co.)を標準法で洗浄し(接触角度0
°)、実施例1のごとくUTF1で処理した(接触角度
=82°)。ウェーハをマスクを介してHg/Arラン
プで30分間照射した。ウェーハを標準銅めっき法で4
分間めっきし、次いで水洗した。マスクで遮蔽された領
域にだけ銅が堆積した。2点プローブ法によって銅層の
抵抗を測定すると、0.1ohm/cm未満であり、こ
れは銅膜が連続膜であり且つ高度に導電性であることを
示す。アルミナウェーハにスコッチテープを接着させ次
いで剥離することによって、銅パターンの密着性を試験
した。銅はスコッチテープに付着しなかった。この試験
を複数回繰り返した後も銅はアルミナの表面から剥離し
なかった。Example 11 Formation of High Resolution Copper Pattern on Alumina (Al 2 O 3 ) Highly Polished Microwave Quality Alumina (Al
2 O 3 ) wafer (EI Dupont de Nem
ours Co. ) By standard method (contact angle 0
°) and treated with UTF1 as in Example 1 (contact angle = 82 °). The wafer was irradiated with a Hg / Ar lamp through the mask for 30 minutes. Wafer by standard copper plating method 4
Plated for minutes, then rinsed with water. Copper was deposited only on the masked areas. The resistance of the copper layer was measured by the two-point probe method to be less than 0.1 ohm / cm, indicating that the copper film is continuous and highly conductive. The adhesion of the copper pattern was tested by adhering Scotch tape to the alumina wafer and then peeling it off. Copper did not adhere to the Scotch tape. Even after repeating this test a plurality of times, copper did not peel off from the surface of the alumina.
【0072】この結果は、本発明方法が、マイクロ波通
信回路部品の作製に使用されるアルミナのごときセラミ
ック基板に高解像度の密着金属パターンを形成するため
に使用できることを示す。The results show that the method of the present invention can be used to form high resolution contact metal patterns on ceramic substrates such as alumina used in the fabrication of microwave communication circuit components.
【0073】実施例12
シリコン窒化物(Si3N4)上の金属パターンの形成
シリコン窒化物はシリコンマイクロ回路作製に常用の誘
電性材料である。Example 12 Formation of Metal Pattern on Silicon Nitride (Si 3 N 4 ) Silicon nitride is a conventional dielectric material for silicon microcircuit fabrication.
【0074】膜厚1/2μのシリコン窒化物膜をp形シ
リコンウェーハに堆積させた。標準法でウェーハを洗浄
し、実施例9の手順を用いてUTF3で処理した(接触
角度=62°)。石英基板にクロム層を設けたシングル
レベル(単一高さ)のトランジスタ用マスクを介して、
ウェーハをHg/Arランプで30分間照射した。SU
SS MJB 3コンタクトアライナーでマスクを密着
させた。パターンが描画された膜を標準銅めっき法でメ
タライズすると、0.5μの構造の小さい線幅を有する
描線が得られた。A 1/2 μm thick silicon nitride film was deposited on a p-type silicon wafer. The wafer was cleaned by standard methods and treated with UTF3 using the procedure of Example 9 (contact angle = 62 °). Through a single level (single height) transistor mask with a chrome layer on a quartz substrate,
The wafer was irradiated with a Hg / Ar lamp for 30 minutes. SU
The mask was brought into close contact with an SS MJB 3 contact aligner. When the patterned film was metallized by standard copper plating, a drawn line having a small line width with a structure of 0.5 μ was obtained.
【0075】この結果は、シリコン窒化物が、市販のコ
ンタクトアライナーを用いて高解像度金属パターンを形
成するために本発明方法で使用できる基板材料の1つで
あることを示す。コンタクトアライナーシステムは、実
施例4に記載の機械的接触法と対照的に、マスク−基板
の接触を改良する。このような接触の改良によって、シ
ャドーイング及び回折のごとき光学的収差を抑制し得
る。The results show that silicon nitride is one of the substrate materials that can be used in the method of the present invention to form high resolution metal patterns using commercially available contact aligners. The contact aligner system improves the mask-substrate contact in contrast to the mechanical contact method described in Example 4. Such improved contact can suppress optical aberrations such as shadowing and diffraction.
【0076】実施例13
化学的気相法によって堆積されたシリコン酸化物(CV
D酸化物)上の金属パターンの形成
CVD酸化物はシリコンマイクロ回路作製で常用の誘電
性材料である。Example 13 Silicon oxide (CV deposited by chemical vapor deposition)
Formation of Metal Pattern on D Oxide) CVD oxide is a dielectric material commonly used in silicon microcircuit fabrication.
【0077】300℃のCVD炉でp形シリコンに膜厚
1/2μのCVD酸化物の層を堆積させた。ウェーハを
洗浄し、実施例9と同様にUTF3で処理し(接触角度
=76°)、実施例12に記載の露光及びめっき法によ
ってウェーハに高解像度銅パターンを形成した。A 1/2 μ thick CVD oxide layer was deposited on p-type silicon in a 300 ° C. CVD furnace. The wafer was washed, treated with UTF3 as in Example 9 (contact angle = 76 °), and a high resolution copper pattern was formed on the wafer by the exposure and plating method described in Example 12.
【0078】この結果は、特許請求の範囲に記載の方法
を使用してCVD酸化物に金属パターンを形成し得るこ
とを示す。The results show that metal patterns can be formed on the CVD oxide using the claimed method.
【0079】実施例14
熱成長二酸化シリコン(熱酸化物)上の金属パターンの
形成
熱酸化物はシリコンマイクロ回路作製で常用の誘電性材
料である。Example 14 Formation of Metal Pattern on Thermally Grown Silicon Dioxide (Thermal Oxide) Thermal oxide is a dielectric material commonly used in silicon microcircuit fabrication.
【0080】1000℃のThermco model
201炉でn形シリコン上に膜厚50nmの熱酸化物
の層を成長させた。実施例12に記載の手順を使用して
ウェーハ上に高解像度銅パターンを形成した。Thermco model at 1000 ° C.
A layer of thermal oxide having a thickness of 50 nm was grown on n-type silicon in a 201 furnace. A high resolution copper pattern was formed on the wafer using the procedure described in Example 12.
【0081】この結果は、本発明の方法を使用して熱酸
化物上に金属パターンを形成し得ることを示す。The results show that the method of the invention can be used to form metal patterns on thermal oxides.
【0082】実施例15
石英上の高解像度金属パターンの形成
石英スライド(ESCO Products)を洗浄
し、実施例1に記載のごとくUTF1で処理、つまり成
膜した(接触角度=78°)。実施例4に記載のごとく
膜にパターンを描画し実施例4に記載のごとくメタライ
ズした。下は線幅1μに至るまでの連続銅パターンが観
察された。Example 15 Formation of High Resolution Metal Pattern on Quartz A quartz slide (ESCO Products) was washed and treated with UTF1 as described in Example 1, ie a film was formed (contact angle = 78 °). A pattern was drawn on the film as described in Example 4 and metallized as described in Example 4. Below, a continuous copper pattern having a line width of 1 μm was observed.
【0083】この結果は、石英上に高解像度金属パター
ンを形成することができ、従って、本発明の新規な方法
でマイクロリソグラフィー用マスクを作製できることを
示す。The results show that a high resolution metal pattern can be formed on quartz, and thus a mask for microlithography can be prepared by the novel method of the present invention.
【0084】実施例16
アルゴンフッ化物(ArF)エキシマーレーザーをソー
スとして使用したp形シリコン上の高解像度金属パター
ンの形成
p形シリコンウェーハを洗浄し、実施例1と同様にUT
F1で処理した(接触角度80〜85°)。193nm
で放出するLambda Physik model
103 ArFエキシマーレーザーで高解像度マスク
(機械的接触)を介して膜を照射した。ビームは0.8
cm×3.0cmの矩形ビームであった。照射の前後の
ビームの強度を夫々、Scientech model
365パワーエネルギメータ及びサーモパイルデテク
タで測定した。どの照射でもパルス繰返し数4Hzであ
った。膜を、パルス強度23mJ/cm2で総線量1
1.5、23及び46J/cm2まで露光し、パルス強
度20.8mJ/cm2で総線量1.5、3.1、1
1.5、23、46及び92J/cm2まで露光した。
実施例5の標準めっき法で膜をメタライズした。使用し
た総線量及びパルス強度のすべての値に対して0.6μ
という微細な描線の高解像度銅パターンがウェーハに形
成された。外部から堆積される金属の量は線量11.5
J/cm2のときに最小量を示した。23J/cm2以上
の線量を使用したときは、かなりの量の不要なめっき層
が生じ、この傾向は総線量の増加に伴って顕著になる。Example 16 Formation of High Resolution Metal Pattern on p-type Silicon Using Argon Fluoride (ArF) Excimer Laser as Source The p-type silicon wafer was cleaned and UT as in Example 1.
It was treated with F1 (contact angle 80-85 °). 193 nm
Lambda Physik model released at
The film was illuminated with a 103 ArF excimer laser through a high resolution mask (mechanical contact). Beam is 0.8
It was a rectangular beam of cm × 3.0 cm. The intensity of the beam before and after irradiation is measured by the Sciencetech model, respectively.
It was measured with a 365 power energy meter and a thermopile detector. The pulse repetition rate was 4 Hz in any irradiation. A total dose of 1 was applied to the membrane with a pulse intensity of 23 mJ / cm 2.
Exposures up to 1.5, 23 and 46 J / cm 2 with a pulse intensity of 20.8 mJ / cm 2 and a total dose of 1.5, 3.1, 1
It was exposed to 1.5, 23, 46 and 92 J / cm 2 .
The film was metallized by the standard plating method of Example 5. 0.6μ for all values of total dose and pulse intensity used
A high resolution copper pattern with fine lines was formed on the wafer. The amount of metal deposited from the outside is 11.5
The minimum amount was shown at J / cm 2 . When a dose of 23 J / cm 2 or more is used, a considerable amount of unnecessary plating layer is produced, and this tendency becomes remarkable as the total dose increases.
【0085】この結果は、UTF1にパターンを描画す
るために193nmの光を使用できること、及び、パル
ス強度約20〜23mJ/cm2で線量範囲(dosa
gewindow)が約10〜20J/cm2以下であ
ることを示す。This result indicates that 193 nm light can be used to write a pattern on UTF1 and that the dose range (dosa) is about 20 to 23 mJ / cm 2 of pulse intensity.
It is about 10 to 20 J / cm 2 or less.
【0086】実施例17
ArFエキシマーレーザーを照射ソースとして使用した
アルミナ上の高解像度金属パターンの形成
アルミナウェーハを洗浄し、実施例11と同様にUFT
Iで処理した。膜をパルス強度20.8mJ/cm2で
総線量40、20、15及び10J/cm2まで照射し
た。次いで膜を銅で選択的にメタライズし、下は線幅1
μに至るまでの高解像度金属パターンを形成した。シリ
コン基板を用いた実施例16と同様に、多いほうの線
量、即ち20及び40J/cm2の総線量では余分なめ
っき層が形成されたが、少ないほうの総線量では余分な
めっき層は全くまたはほとんど形成されなかった。Example 17 Formation of High Resolution Metal Pattern on Alumina Using ArF Excimer Laser as Irradiation Source The alumina wafer was cleaned and UFT was carried out as in Example 11.
Treated with I. The film was irradiated with a pulse intensity of 20.8 mJ / cm 2 to a total dose of 40, 20 , 15 and 10 J / cm 2 . The film is then selectively metallized with copper, with a linewidth of 1 below.
High resolution metal patterns down to μ were formed. As in Example 16 using a silicon substrate, an extra plating layer was formed at the higher dose, that is, at a total dose of 20 and 40 J / cm 2 , but at the lower total dose, the extra plating layer was completely removed. Or little formed.
【0087】この結果は、パターン形成に必要な線量
は、膜が形成される基板の関数でないことを証明する。The results demonstrate that the dose required for pattern formation is not a function of the substrate on which the film is formed.
【0088】実施例18
ArFエキシマーレーザーを用いた気相堆積(CVD)
酸化物上の高解像度金属パターンの形成
膜厚1/2μのCVD酸化物層を有するp形シリコンウ
ェーハを実施例12に記載のごとくUTF3で処理し
た。パルス強度をかなり少なくする以外は実施例16と
同様にして、ArFエキシマーレーザーでマスクを介し
て膜を照射することによってパターンを描画した。パル
ス強度0.45mJ/cm2のパルスを繰返し数15H
zで使用し総線量13.8J/cm2を与えた。次いで
実施例9で使用した標準銅めっき法でウェーハをメタラ
イズした。ウェーハ上に高解像度(線幅0.5μ)金属
パターンが形成された。Example 18 Vapor Deposition (CVD) Using ArF Excimer Laser
Formation of High Resolution Metallic Pattern on Oxide A p-type silicon wafer having a 1 / 2.mu. Thick CVD oxide layer was treated with UTF3 as described in Example 12. A pattern was drawn by irradiating the film through the mask with an ArF excimer laser in the same manner as in Example 16 except that the pulse intensity was considerably reduced. Repeated pulse 15H with pulse intensity of 0.45 mJ / cm 2
Used at z to give a total dose of 13.8 J / cm 2 . The wafer was then metallized by the standard copper plating method used in Example 9. A high resolution (line width 0.5 μ) metal pattern was formed on the wafer.
【0089】この結果は、パルス強度を2桁小さくしパ
ルス繰返し数を増加しても、総線量範囲に明らかな影響
はないことを証明する。また、UTF3に対する線量範
囲が193nm光を使用したUTF1の場合とほぼ同じ
であることも判明する。This result demonstrates that reducing the pulse intensity by two orders of magnitude and increasing the pulse repetition rate has no apparent effect on the total dose range. It is also found that the dose range for UTF3 is almost the same as that for UTF1 using 193 nm light.
【0090】実施例19
ArFエキシマーレーザーによるポリシリコン上の高解
像度金属パターンの形成
膜厚1/2μのポリシリコン層を有するp形シリコンウ
ェーハを実施例9と同様にUTF3で処理した。パルス
強度0.29mJ/cm2のパルスを繰返し数20Hz
で使用し総線量12J/cm2を与える以外は実施例1
8と同様にして膜にパターンを描画しメタライズした。
線幅0.5μの高解像度パターンが形成された。Example 19 Formation of High-Resolution Metal Pattern on Polysilicon by ArF Excimer Laser A p-type silicon wafer having a polysilicon layer with a thickness of ½ μm was treated with UTF3 in the same manner as in Example 9. 20Hz repetition rate of pulse with pulse intensity 0.29mJ / cm 2
Used in Example 1 except that a total dose of 12 J / cm 2 is applied.
In the same manner as in No. 8, a pattern was drawn on the film and metallized.
A high-resolution pattern having a line width of 0.5 μ was formed.
【0091】この結果は、UTF3のパターン描画に必
要な線量は基板には全く関係がないことを示す。This result shows that the dose required for writing the pattern of UTF3 has nothing to do with the substrate.
【0092】実施例20
市販のArFレーザー/アラインメントシステムを用い
たポリシリコン上の高解像度金属パターンの形成
12個のp形シリコンウェーハに膜厚30nmの熱成長
二酸化シリコン層(ゲート酸化物層)及び膜厚350n
mのn形頂部層を順次堆積させ、標準法で洗浄した。ウ
ェーハ1〜6を実施例1と同様にUTF1で処理し、ウ
ェーハ7〜12を実施例9と同様にUTF3で処理し
た。膜形成の1週間後にウェーハにパターンを描画し、
ポリプロピレンウェーハキャリヤに保管した。SUSS
MA 56の5インチ型(5−inch produ
ction)マスクアライナーに結合したNMOSトラ
ンジスタ用ヒューズドシリカマスクを介してArFレー
ザーでウェーハを露光した。すべての照射を、パルス強
度約0.27mJ/cm2及びパルス繰返し数150H
zで行なった。総線量は8〜20J/cm2であり、露
光の完了に200〜500秒を要した。接触圧力とし
て、ハードな密着的接触から900g/ウェーハ〜50
0g/ウェーハのソフトな接触までの種々の値を用い
た。ウェーハを標準銅めっき法でメタライズした。密着
的接触を利用したとき、マスク上に存在するパターンが
ほぼ完全に(>90%)ウェーハに複製されたが、ウェ
ーハの別の領域にもかなりの量の金属が堆積した。この
原因は、単色コリメート光源に固有の破壊的(有害)な
干渉反射にあると推定される。マスクに対してソフトな
接触を利用することによって不要な領域の金属の堆積は
抑制または阻止されるが、最高解像度(サブミクロン)
の描線は十分に複製されない。Example 20 Formation of High Resolution Metal Pattern on Polysilicon Using Commercially Available ArF Laser / Alignment System Twelve p-type silicon wafers were provided with a 30 nm thick thermally grown silicon dioxide layer (gate oxide layer) and Film thickness 350n
m n-type top layers were sequentially deposited and cleaned by standard methods. Wafers 1-6 were treated with UTF1 as in Example 1, and wafers 7-12 were treated with UTF3 as in Example 9. Draw a pattern on the wafer one week after film formation,
Stored in polypropylene wafer carrier. SUSS
MA 56 5-inch type (5-inch product
The wafer was exposed with an ArF laser through a fused silica mask for NMOS transistors bonded to a mask aligner. All irradiations were performed with a pulse intensity of about 0.27 mJ / cm 2 and a pulse repetition rate of 150 H.
z. The total dose was 8-20 J / cm 2 , and it took 200-500 seconds to complete the exposure. The contact pressure is 900 g / wafer to 50 from hard close contact.
Various values were used up to a soft contact of 0 g / wafer. The wafer was metallized by standard copper plating. When utilizing intimate contact, the pattern present on the mask was almost completely replicated (> 90%) on the wafer, but significant amounts of metal were deposited on other areas of the wafer. It is presumed that the cause is the destructive (harmful) interference reflection inherent in the monochromatic collimated light source. High resolution (sub-micron), although soft contact to the mask suppresses or prevents metal deposition in unwanted areas
Lines are not reproduced well.
【0093】この結果は、半導体基板に高解像度金属パ
ターンを形成するために市販のソース/アラインメント
システムを使用できることを示す。また、UTF1及び
UTF3は分子の無極性末端の反応性基の種類が違って
いるにもかかわらず、双方とも金属パターンの描画に使
用でき、且つ、2つの膜が同じ線量範囲を有することを
示す。これら膜製のレジストにパターンを形成するため
に必要なエネルギは10J/cm2のオーダであり、こ
れは従来の厚膜ホトレジストに必要な値即ち約10〜1
00mJ/cm2よりもかなり高い。その結果として、
所与のエネルギ線量ではUTF膜のパターン描画に必要
な時間がかなり延長される。しかしながら、パルス強度
1.0J/cm2のパルスを繰返し数150Hzで供給
し得る新しいArFレーザー投射システムが開発された
(D.J.Ehrlich, J.Y.Tsao &
C.O.Bozler, Journal of Va
cuum Science and Technolo
gy B, vol.3,p1, 1985)。該システ
ムでUTF膜にパターンを形成するための総所要時間
は、約0.07秒であろう。この値は、60ウェーハ/
時間の処理能力を与えるVHSIC製造ラインに必要な
露光時間のガイドライン即ち1.0秒より短縮されてい
る。The results show that commercial source / alignment systems can be used to form high resolution metal patterns on semiconductor substrates. Also, although UTF1 and UTF3 are different in the type of reactive group at the non-polar end of the molecule, they can both be used for the drawing of metal patterns and show that the two films have the same dose range. . The energy required to form patterns in these film resists is on the order of 10 J / cm 2 , which is the value required for conventional thick film photoresists, ie, about 10-1.
It is considerably higher than 00 mJ / cm 2 . As a result,
For a given energy dose, the time required to pattern the UTF film is significantly extended. However, a new ArF laser projection system has been developed that can deliver pulses with a pulse intensity of 1.0 J / cm 2 at a repetition rate of 150 Hz (DJ Ehrlich, JY Tsao &
C. O. Bozler, Journal of Va
cumum Science and Technology
gy B, vol. 3, p1, 1985). The total time to pattern a UTF film with the system would be about 0.07 seconds. This value is 60 wafers /
It is shorter than the exposure time guideline required for VHSIC production lines, which gives time throughput, ie 1.0 seconds.
【0094】実施例21
市販のArFレーザー/アラインメントシステムを使用
したNMOSトランジスタ試験構造の形成
実施例20に記載のごとく形成されたトランジスタ試験
構造の銅パターンを有するウェーハ6を、150ミリト
ルのフレオン115(商標)を流速50cc/分で使用
しプレート電力(plate power)150Wを
使用するPlasma Therm 500リアクティ
ブイオンエッチャー(RIE)に入れた。この結果、重
層する銅層によって保護された領域を除く膜厚350n
mのポリシリコン層が除去された。ウェーハを18モル
濃度の硝酸に2分間浸漬して銅を除去し、蒸留水で洗浄
した。エネルギ75KeVで動作するmodel 30
0kV Excelatorイオンインプランタでウェ
ーハにリンを線量2×1015イオン/cm2までドープ
してソース及びドレインを形成した。(熱成長したゲー
ト酸化物層を除去するために)イオン注入後のウェーハ
を、緩衝フッ化水素酸エッチング液を用いるRCA(商
標)洗浄プロセスで40秒間洗浄し、次いで窒素雰囲気
下で900℃に加熱した。Example 21 Formation of NMOS Transistor Test Structure Using Commercially Available ArF Laser / Alignment System Wafer 6 with a copper pattern of transistor test structure formed as described in Example 20 was treated with Freon 115 (150 mTorr). Was used in a Plasma Therm 500 Reactive Ion Etcher (RIE) using a plate power of 150 W at a flow rate of 50 cc / min. As a result, the film thickness is 350n excluding the region protected by the overlying copper layer.
m of the polysilicon layer was removed. The wafer was immersed in 18 molar nitric acid for 2 minutes to remove copper, and washed with distilled water. Model 30 operating at an energy of 75 KeV
The wafer was doped with phosphorus at a dose of 2 × 10 15 ions / cm 2 with a 0 kV excelator ion implanter to form a source and a drain. After ion implantation (to remove the thermally grown gate oxide layer), the wafer is cleaned for 40 seconds in an RCA ™ cleaning process with a buffered hydrofluoric acid etchant, then at 900 ° C. under a nitrogen atmosphere. Heated.
【0095】単一レベルのトランジスタ試験構造の電気
的特性を、Tectronix model 576曲
線トレーサーと組み合わせた2つのマイクロマニピュレ
ータを用いた2点プローブ法によって評価した。試験し
た全部の線に不連続は観察されなかった。幅10μ、5
μ及び1μのゲート構造の電流−電圧レスポンスを測定
し、ワーキングトランジスタの挙動を予想した。ウェー
ハをSEMによって観察すると、垂直エッジを有する
0.5μの連続ポリシリコンゲートが観察され、ピンホ
ールは全く存在しなかった。The electrical properties of the single-level transistor test structure were evaluated by the two-point probe method using two micromanipulators in combination with a Tetronic model 576 curve tracer. No discontinuity was observed in all lines tested. Width 10μ, 5
The current-voltage response of the gate structures of μ and 1 μ was measured to predict the behavior of the working transistor. When the wafer was observed by SEM, a 0.5μ continuous polysilicon gate with vertical edges was observed and no pinholes were present.
【0096】この結果は、エッチング後の銅レジストを
除去することができ、エッチングされた基板中のマスク
構造の複製が極めて正確に行なわれることを示す。ま
た、従来の有機ホトレジストに比較してエッジが極めて
鮮明な金属パターンを基板に転写するために、フレオン
115(商標)を用いたリアクティブイオンエッチング
を使用し得ることを示す。この実施例は、パターン形成
の1週間前に基板ウェーハ上にシラン膜を設けるので、
シラン膜が極めて安定であることを示す。最後にこの実
施例は、本発明の新規な方法を使用して高解像度ワーキ
ングトランジスタ試験構造を製造し得ることを示す。ま
た、相互接続リード、バイアス、接点及びコンデンサの
ごとき集積回路の他の重要な構成素子が本発明方法を使
用して作製できることを示す。The results show that the copper resist after etching can be removed and the replication of the mask structure in the etched substrate is very accurate. We also show that reactive ion etching with Freon 115 ™ can be used to transfer a metal pattern with sharp edges to the substrate as compared to conventional organic photoresists. In this example, since the silane film is provided on the substrate wafer one week before the pattern formation,
It shows that the silane film is extremely stable. Finally, this example shows that high resolution working transistor test structures can be manufactured using the novel method of the present invention. It also demonstrates that other important components of integrated circuits such as interconnect leads, biases, contacts and capacitors can be made using the method of the present invention.
【0097】実施例22
金属パターンのネガ像の形成
膜厚1/2μのCVD酸化物層を有するn形シリコンウ
ェーハを洗浄し、次いで純粋な1,1,1,3,3,3−ヘ
キサメチルジシラザン(UTF4)で20分間処理した
(接触角度=79°)。次いでウェーハを100℃で3
分間硬化させた。基板とUTF4との反応によって、ト
リメチルシリル基の表面が生じ、同時にアンモニアが遊
離された。低解像度マスク及びHg/Arランプによっ
て膜にパターンを描画し、30分間露光した。接触角度
は、非照射領域では不変であったが照射領域では0°に
減少した。パターンが描画されたウェーハを次に実施例
9に記載のごとくUTF3で処理すると、先に照射され
た領域の接触角度が0°から64°に増加した。次い
で、標準銅メッキ法でウェーハをメタライズした。ウェ
ーハの照射領域だけに金属パターンが形成された。即
ち、現像によってネガ像が得られた。Example 22 Formation of Negative Image of Metal Pattern An n-type silicon wafer having a CVD oxide layer with a thickness of ½ μ was cleaned and then pure 1,1,1,3,3,3-hexamethyl. It was treated with disilazane (UTF4) for 20 minutes (contact angle = 79 °). The wafer is then heated at 100 ° C for 3
Cure for minutes. The reaction of the substrate with UTF4 produced a surface of trimethylsilyl groups, with the simultaneous release of ammonia. The film was patterned with a low resolution mask and Hg / Ar lamp and exposed for 30 minutes. The contact angle was unchanged in the non-irradiated area but decreased to 0 ° in the irradiated area. The patterned wafer was then treated with UTF3 as described in Example 9 to increase the contact angle of the previously irradiated area from 0 ° to 64 °. The wafer was then metallized by standard copper plating. The metal pattern was formed only in the irradiated area of the wafer. That is, a negative image was obtained by development.
【0098】これは、ネガ像形成に使用された本発明方
法の、最初の実施例である。この結果は、UTF4の照
射によって、第2のシラン化用試薬を結合させ得る領域
が基板に生じることを示す。その表面反応には、ヒドロ
キシル基の存在が必要なので、照射がSi−OまたはS
i−C結合の処で表面から初期単層を開裂させ、基板の
未被覆領域を露出させると考えることができよう。従っ
て、照射領域では、ヒドロキシル基が関与する何らかの
化学反応(例えばシラン化)が生じ得る。この結果はま
た、UTF4が選択領域の金属堆積を阻止する試薬とし
て有効であることも示す。This is the first example of the method of the invention used for negative imaging. This result indicates that the irradiation of UTF4 creates a region in the substrate to which the second silanizing reagent can be bound. The presence of hydroxyl groups is required for the surface reaction, so that the irradiation is performed with Si--O or S.
It can be considered that the i-C bond cleaves the initial monolayer from the surface, exposing the uncovered areas of the substrate. Thus, in the illuminated area some chemical reaction involving hydroxyl groups (eg silanization) may occur. The results also show that UTF4 is effective as a reagent to prevent metal deposition in selected areas.
【0099】実施例23
2段階表面活性化系を用いた金属パターンの作成
約1/2μのCVD酸化物層を有するn形シリコンウェ
ーハを洗浄し、次いで実施例9に記載のごとくUTF3
で処理した。低解像度マスクで膜にパターンを描画し、
Hg/Arランプで30分間露光した。次に、0.5M
のHCl中に10g/リットルのSnCl2を含有する
溶液でウェーハを3分間処理し、蒸留水で3回洗浄し、
次いで、0.25g/LのPdCl2を含む0.05M
のHCl溶液で3分間処理し、再度濯いだ。次いで標準
銅めっき浴を用いてウェーハをメタライズすると、膜の
非照射領域に極めて滑らかな銅膜が形成された。光学反
射顕微鏡で観察すると、めっき膜は、先行実施例に記載
した市販の触媒Pd/Sn活性化物質を使用して形成さ
れた銅被膜よりも滑らかであった。Example 23 Fabrication of Metal Patterns Using a Two-Step Surface Activation System An n-type silicon wafer with about 1 / 2μ of CVD oxide layer is cleaned and then UTF3 as described in Example 9.
Processed in. Draw a pattern on the film with a low resolution mask,
It was exposed with an Hg / Ar lamp for 30 minutes. Next, 0.5M
The wafer with a solution containing 10 g / l of SnCl 2 in HCl of 3 min, washed 3 times with distilled water,
Then 0.05 M containing 0.25 g / L PdCl 2 .
Of HCI solution for 3 minutes and rinsed again. The wafer was then metallized using a standard copper plating bath, forming a very smooth copper film in the non-irradiated areas of the film. When observed by optical reflection microscopy, the plated film was smoother than the copper coating formed using the commercial catalytic Pd / Sn activator described in the previous examples.
【0100】この結果は、2段階スズ及びパラジウム活
性化物質系が、改良された銅被膜を生じさせるために使
用できることを示す。また、スズ及びパラジウムの使用
順序を入れ換えてもよい。The results show that the two-step tin and palladium activator system can be used to produce improved copper coatings. Further, the order of using tin and palladium may be exchanged.
【0101】実施例24
MOSコンデンサ試験構造の形成
膜厚100nmの熱酸化物層を有するn形シリコンウェ
ーハを洗浄し、実施例14と同様にUTF3で処理し
た。標準形コンデンサ試験構造を有するマスクを用いて
膜にパターンを描画し、Hg/Arランプで28分間照
射した。実施例5で用いた標準銅めっき法でウェーハを
メタライズし、1辺800μの方形金属パッド(面積=
6×10-3cm2)を形成した。金属パッド及びウェー
ハの裏面をMicromanipulator全自動C
−V測定システムでプローブすることによって、金属/
熱酸化物/n−形シリコン(MOS)コンデンサの特性
を試験した。キャパシタンスは最小(10mV)ヒステ
リシスで26pF/cm2であることが判明し、室温で
3週間以上安定であった。これは、マスクで遮蔽された
場所では金属汚染(熱酸化物中への銅の拡散)による素
子の劣化という問題が生じないことを示す。Example 24 Formation of MOS Capacitor Test Structure An n-type silicon wafer having a thermal oxide layer with a film thickness of 100 nm was washed and treated with UTF3 as in Example 14. A pattern was drawn on the film using a mask having a standard type capacitor test structure and irradiated with a Hg / Ar lamp for 28 minutes. The wafer was metallized by the standard copper plating method used in Example 5, and a square metal pad with 800 μm on a side (area =
6 × 10 −3 cm 2 ) was formed. Fully automatic Micromanipulator C for metal pad and backside of wafer
By probing with a -V measuring system
The properties of thermal oxide / n-type silicon (MOS) capacitors were tested. The capacitance was found to be 26 pF / cm 2 with minimal (10 mV) hysteresis and was stable at room temperature for over 3 weeks. This shows that the problem of element deterioration due to metal contamination (diffusion of copper into thermal oxide) does not occur in the place shielded by the mask.
【0102】これは、本発明の新規な方法によって作製
された官能性金属/誘電体/半導体コンデンサの例であ
る。This is an example of a functional metal / dielectric / semiconductor capacitor made by the novel method of the present invention.
【0103】実施例25
ポリシリコン上へのステップ被覆の実験
幅10または20μで厚さ400nmの平行な一連のC
VD酸化物の線を被覆層として予め設けたn形シリコン
ウェーハに膜厚400nmのp形ポリシリコンを堆積さ
せた。次にウェーハを洗浄し、実施例9に記載のごとく
UTF3で処理し成膜した。CVD酸化物線に対して9
0°に配向された同じ平行線マスクを介してHg/Ar
ランプを28分間照射することによって膜にパターンを
描画した。標準銅めっき法で膜をメタライズした。得ら
れた銅線は、均一な厚みの連続線であり、ポリシリコン
のステップ(段)の輪郭に正確に追随していた。Example 25 Experimental Step-Coating on Polysilicon A series of parallel C's with a width of 10 or 20 μ and a thickness of 400 nm.
A 400 nm-thickness of p-type polysilicon was deposited on an n-type silicon wafer previously provided with a VD oxide wire as a cover layer. The wafer was then washed and treated with UTF3 as described in Example 9 to form a film. 9 for CVD oxide lines
Hg / Ar through the same parallel line mask oriented at 0 °
The film was patterned by illuminating the lamp for 28 minutes. The film was metallized by standard copper plating. The resulting copper wire was a continuous wire of uniform thickness and accurately followed the contours of the polysilicon steps.
【0104】この結果は、ウェーハの非プレーナ領域の
ゲート及び相互接続リードの作製に重要なすぐれたステ
ップ被覆が得られることを示す。The results show that excellent step coverage is obtained which is important for the fabrication of gate and interconnect leads in the non-planar regions of the wafer.
【0105】実施例26
白金上の金属パターンの形成
白金ホイルをプロパントーチで白熱するまで加熱して洗
浄した。清浄なホイルの接触角度は0°であった。次に
ホイルをUTF3で処理し、実施例9に記載のごとく低
解像度描線でパターンを描画した。非照射領域の接触角
度は73°であった。照射領域の接触角度は0°であっ
た。パターンが描画された膜を標準銅めっき法でメタラ
イズした。マスクで遮蔽された領域だけに金属パターン
が形成され、このパターンは、実施例11に記載のごと
きスコッチテープ試験において基板に対する優れた密着
性を示した。Example 26 Formation of Metal Pattern on Platinum Platinum foil was washed by heating with a propane torch until it became incandescent. The contact angle of the clean foil was 0 °. The foil was then treated with UTF3 and a pattern drawn with low resolution lines as described in Example 9. The contact angle in the non-irradiated area was 73 °. The contact angle of the irradiation area was 0 °. The patterned film was metallized by standard copper plating. A metal pattern was formed only in the areas shielded by the mask and this pattern showed excellent adhesion to the substrate in the Scotch tape test as described in Example 11.
【0106】この結果は、薄い表面酸化物層を有する金
属基板上に金属パターンが形成されたことを示す。The results show that the metal pattern was formed on the metal substrate having the thin surface oxide layer.
【0107】実施例27
Si3N4で被覆されたGaAs基板上の高解像度パター
ンの形成
プラズマ堆積法を用い、ガリウムヒ素化合物基板を膜厚
100nmのシリコン窒化物層で被覆した。プラズマ窒
化物層の接触角度は0°であった。ウェーハをUTF3
(接触角度=73°)で処理し、マスクを用いてパター
ンを描画し、実施例12に記載のごとくメタライズし
た。マスクの描線を複製する連続金属線が基板に設けら
れた。Example 27 Formation of High Resolution Pattern on Si 3 N 4 Coated GaAs Substrate A gallium arsenide compound substrate was coated with a 100 nm thick silicon nitride layer using plasma deposition. The contact angle of the plasma nitride layer was 0 °. Wafer to UTF3
(Contact angle = 73 °), a pattern was drawn using a mask, and metallized as described in Example 12. A continuous metal line was provided on the substrate that replicated the lines of the mask.
【0108】これは、シリコン以外の半導体に高解像度
金属パターンを形成するための基板としてプラズマ窒化
物/GaAsの組み合わせを使用し得ることを示す。This shows that the plasma nitride / GaAs combination can be used as a substrate for forming high resolution metal patterns on semiconductors other than silicon.
【0109】実施例28
トリクロロ(4−ピリジル)−エチルシランの選択的メ
タライゼーション
別のシラン材料に関して記載された標準法を使用し、清
浄ガラススライドにこの物質の超薄膜を形成した。接触
角度は約40°であった。7〜43バンドパスフィルタ
ー(Corinig Glass Corp.)を通過
した水銀/アルゴンペンランプでマスクを介して膜を露
光した。このフィルターは、235nm〜415nmの
の波長だけを通過させ、膜の光化学反応に関与すること
が公知の195nm及び185nmのようなペンランプ
のその他の波長を全く通過させない。Example 28 Selective Metallization of Trichloro (4-pyridyl) -ethylsilane An ultrathin film of this material was formed on a clean glass slide using the standard method described for the other silane materials. The contact angle was about 40 °. The film was exposed through a mask with a mercury / argon pen lamp that passed a 7-43 bandpass filter (Corinig Glass Corp.). This filter only passes the wavelengths from 235 nm to 415 nm and not any other wavelengths of the pen lamp such as 195 nm and 185 nm which are known to participate in the photochemical reactions of the membrane.
【0110】フィルターを使用しないときの公称照射時
間は30分であるが、ここでは膜を90分間照射した。
追加の時間は、フィルターが254nmの入射光を約3
5%だけ通過させることに基づいて算出した値である。
この波長は、当該ピリジニル膜による精密な光化学パタ
ーンの形成に重要な波長であると推定される。The nominal irradiation time without the filter is 30 minutes, but here the membrane was irradiated for 90 minutes.
For additional time, the filter will reduce the incident light at 254 nm to approximately 3
It is a value calculated based on passing only 5%.
This wavelength is estimated to be an important wavelength for forming a precise photochemical pattern by the pyridinyl film.
【0111】照射後、Shipley Co.の薬品を
用いて標準めっき法で膜を処理した。膜被覆基板のマス
クで遮蔽された領域に金属パターンの形成が観察され
た。これは、単離オレフィンよりも長い波長で光を吸収
するピリジニル基のごとき成分が膜中に存在するので、
膜が上記のごとき長い波長の光に感受性であることを示
す。従って、精密なパターン形成のために、アルゴンフ
ルオリド(193nm)レーザーステッパでなく市販ソ
ース(例えばクリプトンフルオリド(248n)のエキ
シマーレーザーステッパまたは慣用の水銀ランプ)を使
用し得る。ここで使用された線量でパターンが得られる
ことは、膜の感度がその他ののシランの感度と少なくと
も同等であることを示す(使用した総線量が等しいた
め)。After the irradiation, Shipley Co. The film was treated by the standard plating method using the above chemicals. The formation of metal patterns was observed in the masked areas of the film-coated substrate. This is because components such as pyridinyl groups that absorb light at longer wavelengths than isolated olefins are present in the film,
It shows that the film is sensitive to light of longer wavelengths as described above. Thus, for precision patterning, commercial sources (eg, krypton fluoride (248n) excimer laser steppers or conventional mercury lamps) may be used rather than argon fluoride (193 nm) laser steppers. The pattern obtained at the doses used here indicates that the sensitivity of the film is at least comparable to that of the other silanes (because the total doses used are equal).
【0112】実施例29
上記の実施例28と同様にして、水銀/アルゴンペンラ
ンプからフィルターを介してパターン照射でポリスルホ
ンボード(Victrex PES3601MG20,
LNP Plastics Co.)を露光した。露
光時間は90分間であった。Shipley銅めっき浴
でボードを選択的にメタライズした。ポリスルホン樹脂
中の芳香族基は、254nmの照射線を吸収し得る。照
射ソースに関しては実施例28と同様である。Example 29 Polysulfone board (Victrex PES3601 MG20, Victrex PES3601 MG20, with pattern irradiation from a mercury / argon pen lamp through a filter, was conducted in the same manner as in Example 28 above.
LNP Plastics Co. ) Was exposed. The exposure time was 90 minutes. The board was selectively metallized with a Shipley copper plating bath. The aromatic groups in the polysulfone resin can absorb radiation at 254 nm. The irradiation source is the same as in Example 28.
【0113】実施例30
高解像度パターン形成用の適当なアタッチメントを備え
た走査型電子顕微鏡に清浄シリコン熱酸化物ウェーハを
配置した。電子ビームをウェーハの表面にラスタして種
々の幅の線を形成した。照射後、ウェーハをSEMから
取り出し、Shipleyめっき浴で選択的にメタライ
ズした。金属銅は、電子ビームに露光されたウェーハの
領域にだけ選択的に堆積した。これはネガ像形成に対応
し、通常はウェーハ表面のごく一部分だけにパターンが
形成されるので電子ビームリソグラフィーの極めて有利
な特徴である。他の部分を照射することなくパターンを
形成すべき領域だけを照射するという利点がある。この
方法によれば、幅0.1μという微細な金属線が形成さ
れる。Example 30 A clean silicon thermal oxide wafer was placed in a scanning electron microscope equipped with the appropriate attachments for high resolution patterning. An electron beam was rastered onto the surface of the wafer to form lines of various widths. After irradiation, the wafer was removed from the SEM and selectively metallized in a Shipley plating bath. Copper metal was selectively deposited only on the areas of the wafer that were exposed to the electron beam. This corresponds to negative imaging and is a very advantageous feature of electron beam lithography since the pattern is usually formed on only a small portion of the wafer surface. There is an advantage of irradiating only the area where the pattern is to be formed, without irradiating other portions. According to this method, a fine metal line having a width of 0.1 μm is formed.
【0114】メタライゼーションは、1cm2あたり数
百ミリクーロンに至る広範囲の線量まで電子ビームでウ
ェーハを露光した後に得られる。70mC/cm2とい
う比較的低い線量でより好結果(より明確なパターン)
が得られると考えられる。この実験で得られた解像度
は、電子ビームのサイズによって制限されていると推定
される。もっと狭いビーム幅またはもっと低いエネルギ
(例えば15V)の高解像度電子ビームを使用して10
0nmを下回る線幅を得ることも可能であろう。別の照
射ソースとしては、走査型トンネル顕微鏡があり、これ
は線幅10nmのレジームの電子ビームリソグラフィー
の照射ツールとして有用であることが判明している(M
cCord & Pease, J.Vac.Sci.
Tech.B, p86, 1986)。Metallization is obtained after exposing the wafer with an electron beam to a wide range of doses, up to several hundred millicoulombs per cm 2 . Better results (more clear pattern) at a relatively low dose of 70 mC / cm 2.
Is considered to be obtained. The resolution obtained in this experiment is estimated to be limited by the size of the electron beam. 10 using a higher resolution electron beam with a narrower beam width or lower energy (eg 15V)
It would be possible to obtain linewidths below 0 nm. Another irradiation source is the scanning tunneling microscope, which has been found to be useful as an irradiation tool for electron beam lithography with a 10 nm line width regime (M
cCord & Peas, J.C. Vac. Sci.
Tech. B, p86, 1986).
【0115】実施例31
この実施例は二金属パターン(高リンNi/Cu、低リ
ンNi/Cu)を示す。 Example 31 This example shows a bimetallic pattern (high phosphorus Ni / Cu, low phosphorus Ni / Cu).
【0116】p形シリコンウェーハを実施例1と同様に
UTF1で処理し2つの半体に分割した。2つのウェー
ハをHg/Arペンランプでマスクを介して30分間照
射した。ウェーハをMacDermid XD2408
−T、Pd/Snコロイドで5分間処理し、次いで水洗
した。次に、一方のウェーハをMacDermic(W
aterbury, CT)から得られた高リン含量の
ニッケルめっき浴(J67/J28F)に入れて4分間
維持した。残りの半体を低リン含量のニッケルめっき溶
液(MacDermid J60/J61)に入れて4
分間維持した。双方のウェーハで描線サイズ1μという
高解像度でパターンが成長した。次に双方のウェーハを
銅めっき浴にいれた。最初は銀色であったパターンが2
分間で完全に銅色に変色した。この結果は、低−P(磁
性)ニッケル及び高−P(非磁性)ニッケルの双方から
高解像度パターンが得られることを示す。また、パター
ンが描画された金属層が、解像度を低下させずに金属の
ごとき別の物質をその後に堆積させるための基板として
作用し得ることを示す。The p-type silicon wafer was treated with UTF1 as in Example 1 and divided into two halves. The two wafers were illuminated with a Hg / Ar pen lamp through the mask for 30 minutes. Wafer the MacDermid XD2408
-T, treated with Pd / Sn colloid for 5 minutes and then washed with water. Next, one of the wafers is replaced with MacDermic (W
Atterbury, CT) was placed in a high phosphorus nickel plating bath (J67 / J28F) and held for 4 minutes. Add the remaining half to a low phosphorus content nickel plating solution (MacDermid J60 / J61) and
Hold for minutes. The pattern grew on both wafers with a high resolution of a line size of 1μ. Then both wafers were placed in a copper plating bath. The initially silver pattern is 2
It turned completely copper in minutes. The results show that high resolution patterns can be obtained from both low-P (magnetic) nickel and high-P (non-magnetic) nickel. It also shows that the patterned metal layer can act as a substrate for the subsequent deposition of another material, such as metal, without compromising resolution.
【0117】実施例32
シリコン原子に直接結合した芳香族基を有するシラン膜
の選択的メタライゼーションが可能である。シリコン原
子に直接結合した芳香族基を有するシランの超薄膜を、
その他のシラン材料に関して記載されている標準法を使
用して清浄ポリシリコン表面に形成した。使用したシラ
ンは;クロロトリフェニルシラン(CTP)、ジフェニ
ルビニルクロロシラン(DPVC)及びp−クロロメチ
ルフェニルトリクロロシラン(CMPTC)である。水
銀/キセノン500Wランプの出力を利用し、膜被覆さ
れた基板をKarl Suss Model MJB3
UVコンタクトアライナーからマスクを介して露光し
た。このソースから基板に到達した照射線は220nm
よりも長い波長の光だけであった。 Example 32 Selective metallization of silane films with aromatic groups directly bonded to silicon atoms is possible. An ultra thin film of silane having an aromatic group directly bonded to a silicon atom,
It was formed on a clean polysilicon surface using standard methods described for other silane materials. The silanes used were; chlorotriphenylsilane (CTP), diphenylvinylchlorosilane (DPVC) and p-chloromethylphenyltrichlorosilane (CMPTC). Using the output of a mercury / xenon 500 W lamp, a film-coated substrate is subjected to Karl Suss Model MJB3.
It was exposed through a mask from a UV contact aligner. The radiation that reaches the substrate from this source is 220 nm
It was only light with a longer wavelength.
【0118】254nmで7mW/cm2に調整したラ
ンプ出力で膜を30分間照射した。次いで、Shipl
ey Co.の薬品を用いてウェーハを標準めっき法に
よって処理した。薄い(例えば膜厚50nm)の連続金
属パターンが膜被覆基板のマスクで遮蔽された領域に優
先的に成長した。CMPTC及びCTPシランの場合、
マスクで遮蔽されない領域にはめっきが実質的に全く観
察されなかった。The film was irradiated for 30 minutes with the lamp power adjusted to 7 mW / cm 2 at 254 nm. Then Shipl
ey Co. The wafers were processed by standard plating methods using the chemicals of. A thin (eg, 50 nm thick) continuous metal pattern was preferentially grown in the masked area of the film-coated substrate. In the case of CMPTC and CTP silane,
Virtually no plating was observed in the areas not masked.
【0119】実施例28と同様に、単離オレフィンのご
とき基よりも長い波長で光を吸収し得るフェニル基のよ
うな部分が膜に存在するために、このような長い波長に
対して膜が感光性になる。しかしながら、CMPTC及
びCTPシランの場合、めっきされた領域とメッキされ
ない領域との間のコントラストは、実施例28で使用し
たエチリピリジニルシラン及びDPVCで観察された弱
いコントラストと違って改良されており、これは、分子
中の芳香族基の位置が重要であることを示す。As in Example 28, the membrane has a moiety such as a phenyl group capable of absorbing light at a longer wavelength than a group such as an isolated olefin. Become photosensitive. However, in the case of CMPTC and CTP silane, the contrast between the plated and unplated areas is improved, unlike the weak contrast observed with the ethylipyridinylsilane and DPVC used in Example 28. , Which indicates that the position of the aromatic group in the molecule is important.
【0120】コントラストが改良された原因は、発色団
によって膜に光が吸収され、発色性の基またはその近傍
で分子の光分解開裂が生じるからであろうと容易に推定
できる。パターン形成のために、低エネルギ照射線、例
えば220nmより長い波長の照射線を使用するとき、
フェニルまたはピリジン環のごとき発色団は励起される
が、このような長い波長を吸収しない発色団は励起され
ない。シリコン原子から遠い位置でこの照射線に感受性
の発色団を有する膜は、該位置でだけ光分解開裂を生
じ、メチル、ビニル及びメチレン基のごとき有機成分を
シリコン原子に結合させる。従って、マスクで遮蔽され
た領域の初期膜のパターンが、露光領域の部分開裂膜と
混ざり合う。これは、フェニル環が開裂されビニル基が
維持されるDPVC膜の場合に生じる。部分開裂された
分子は、露光領域がめっきされるべくPd/Snコロイ
ドに十分に付着しているが、非露光領域よりも品質及び
被覆は低下する。芳香族基だけがシリコン原子に直接結
合した膜を使用する場合、光分解開裂によってシリコン
原子における分子の有機部分が完全に除去される。この
結果として、200nmより短い照射線を使用した場合
と同様の状態が得られる。その理由は、ほとんどの有機
成分が200より短いnmの照射線を吸収し、従って開
裂されるからである。It can be easily inferred that the reason why the contrast is improved is that the chromophore absorbs light into the film, and photolytic cleavage of the molecule occurs at or near the chromophoric group. When using low-energy radiation for patterning, for example radiation with wavelengths longer than 220 nm,
Chromophores such as phenyl or pyridine rings are excited, but chromophores that do not absorb such long wavelengths are not excited. A film having a chromophore that is sensitive to this radiation at a position remote from the silicon atom undergoes photolytic cleavage only at that position, binding organic moieties such as methyl, vinyl and methylene groups to the silicon atom. Therefore, the pattern of the initial film in the masked area is mixed with the partially cleaved film in the exposed area. This occurs in the case of DPVC membranes where the phenyl ring is cleaved and the vinyl groups are retained. The partially cleaved molecules adhere well to the Pd / Sn colloid to plate the exposed areas, but at a lower quality and coverage than the unexposed areas. When using a film in which only aromatic groups are directly attached to the silicon atom, photolytic cleavage completely removes the organic portion of the molecule at the silicon atom. As a result of this, the same conditions as when using irradiation rays shorter than 200 nm are obtained. The reason is that most organic components absorb radiation below 200 nm and are therefore cleaved.
【0121】実施例33
p−クロロメチルフェニルトリクロロシランの選択的金
属めっきは、露光ツールとしてKrFエキシマーレーザ
ーを使用して行なうことができる。 Example 33 Selective metal plating of p-chloromethylphenyltrichlorosilane can be performed using a KrF excimer laser as an exposure tool.
【0122】実施例32と同様に、ウェーハをCMPT
Cシランで処理し、石英マスクを介してKrF(248
nm)Lamda Physikエキシマーレーザーで
露光した。レーザーのパルス強度は約400mJ/cm
2であり、ウェーハをパルス繰返し数4Hzで5〜7秒
間照射した。ウェーハに与えられた総線量は8.5J/
cm2及び11.9J/cm2であった。The wafer was CMPTed as in Example 32.
Treated with C silane and passed through a quartz mask to KrF (248
nm) Lamda Physik excimer laser. Laser pulse intensity is about 400 mJ / cm
2 and the wafer was irradiated at a pulse repetition rate of 4 Hz for 5 to 7 seconds. The total dose given to the wafer is 8.5 J /
cm 2 and 11.9 J / cm 2 .
【0123】次に、Shipley Co.製の薬品を
用いた標準めっき法でウェーハを処理した。サブミクロ
ンの描線をもつ薄い連続金属パターンが膜被覆基板のマ
スクで遮蔽された領域に優先的に成長し、マスクで遮蔽
されない領域ではめっきが実質的に全く観察されなかっ
た。Next, Shipley Co. The wafer was processed by the standard plating method using chemicals manufactured by the company. A thin continuous metal pattern with submicron lines was preferentially grown on the masked areas of the film-coated substrate, with virtually no plating observed on the areas not masked.
【0124】実施例34
スペーサ基を介してシリコン原子に結合した芳香族基を
有するシラン膜に選択的メタライゼーションを行なうこ
とができる。別のシラン材料のために記載された標準手
順を使用し、スペーサ基を介してシリコン原子に結合し
た芳香族基を有するシランの超薄膜を清浄ポリシリコン
表面に形成した。使用したシランは(Petrarch
Co., Bristol, PAから得られた)トリ
クロロ−(4−ピリジル)エチルシラン(ピリジルシラ
ン)及び7−〔3−(クロロジメチルシリル)プロポキ
シル〕−4−メチルクマリン(クマリンシラン)であっ
た。実施例3と同様に水銀/アルゴンランプからマスク
を介して膜被覆基板を露光した。膜を30分間照射し
た。次いで、Shipley Co.製の薬品を使用
し、ウェーハを標準めっき法で処理した。薄い(約厚さ
50nmの)連続金属パターンが膜被覆基板のマスクで
遮蔽された領域だけに成長した。 Example 34 Selective metallization can be performed on a silane film having an aromatic group bonded to a silicon atom via a spacer group. Ultra thin films of silane with aromatic groups attached to silicon atoms through spacer groups were formed on clean polysilicon surfaces using the standard procedure described for the other silane materials. The silane used was (Petrarch
Co. , Bristol, PA) trichloro- (4-pyridyl) ethylsilane (pyridylsilane) and 7- [3- (chlorodimethylsilyl) propoxyl] -4-methylcoumarin (coumarinsilane). The film-coated substrate was exposed through a mask from a mercury / argon lamp in the same manner as in Example 3. The membrane was irradiated for 30 minutes. Then, Shipley Co. The wafers were processed by standard plating methods using chemicals from the manufacturer. A thin (about 50 nm thick) continuous metal pattern was grown only on the masked areas of the film coated substrate.
【0125】本発明の処理は理論的には解明されていな
いが、照射線が、有機基板の表面に存在する少なくとも
有機基を除去すべく作用すると推定される。例えば実施
例10では、真空紫外線で照射後のシラン単層膜の赤外
スペクトルは、有機基(例えばメチル基、オクテニル
基)がもはや検出できないことを示した。Si−C及び
/またはSi−O−(表面)結合及びことによるとC−
C結合の光分解開裂によって、照射された領域で膜から
少なくとも有機基が除去されると推定される。照射によ
ってシラン膜から有機部が除去されるが、照射後にシラ
ン堆積層に由来するかなりの量のシリコンが表面に残存
すると思われる。その理由は、光分解開裂がSi−O結
合よりもSi−C及びC−C結合で優先的に生じるた
め、及び照射後に少なくともシリコン酸化物の部分的原
子層が残存するためであると理論付けできる。新しく開
裂またはスパッタリングされたSiの公知の反応性によ
って、光分解生成物は周囲雰囲気で急速に反応して表面
Si−OH及び/またはSi−O基を生じ易い。シリコ
ン酸化物はZ方向で原子解像度及びXY方向でサブミク
ロン解像度(X及びYは膜の平面内、Zは基板に垂直)
で選択的に堆積され得ることを証明し得る。膜堆積及び
光分解開裂段階を順次行なうことによって、シリコン酸
化物の分子集合をパターン通りに堆積させ得ると予想で
きる。従って、エッチング段階を全く要せずに、ボトム
アップ方式でシリコン基板の半導体マイクロ回路を製造
できる。同様に、シラン膜の処理メカニズムをチタン酸
塩、ジルコニウム酸塩及びアルミニウム酸塩に応用し、
チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化
物及び関連する表面反応性物質またはそれらの組み合わ
せから成る分子集合を選択的に堆積させることが可能で
ある。Although the treatment of the present invention has not been theoretically elucidated, it is presumed that the radiation acts to remove at least the organic groups present on the surface of the organic substrate. For example, in Example 10, the infrared spectrum of the silane monolayer film after irradiation with vacuum ultraviolet light showed that organic groups (eg methyl groups, octenyl groups) could no longer be detected. Si-C and / or Si-O- (surface) bonds and possibly C-
It is presumed that the photolytic cleavage of the C-bond removes at least organic groups from the membrane in the illuminated area. The irradiation removes the organic portion from the silane film, but it is believed that a considerable amount of silicon derived from the silane deposition layer remains on the surface after irradiation. The reasoning is that photolytic cleavage occurs preferentially at Si—C and C—C bonds over Si—O bonds, and at least a partial atomic layer of silicon oxide remains after irradiation. it can. Due to the known reactivity of freshly cleaved or sputtered Si, the photolysis products are susceptible to react rapidly in ambient atmosphere to produce surface Si-OH and / or Si-O groups. Silicon oxide has atomic resolution in the Z direction and submicron resolution in the XY directions (X and Y are in the plane of the film, Z is perpendicular to the substrate).
It can be shown that it can be selectively deposited with. It is expected that the molecular assembly of silicon oxide can be deposited in a pattern by sequentially performing the film deposition and photolytic cleavage steps. Therefore, a semiconductor microcircuit on a silicon substrate can be manufactured by a bottom-up method without requiring any etching step. Similarly, applying the treatment mechanism of silane film to titanate, zirconate and aluminate,
It is possible to selectively deposit a molecular assembly consisting of titanium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide and related surface-reactive substances or combinations thereof.
【0126】金属層は、プリント回路などでパターン形
成及び堆積に使用される好ましい材料であるが、基板に
設けられる層の材料は、無機材料、有機材料、半導体材
料、金属またはその組み合わせのいずれでもよい。例え
ば有機性基板にシランを使用する場合には、照射線反応
性物質から成る層を別個に基板に密着させるのが好まし
いが、幾つかの場合には、基板の表面自体を照射線反応
性物質の層であると考えてもよい。The metal layer is a preferred material used for pattern formation and deposition in a printed circuit or the like, but the material of the layer provided on the substrate is any of an inorganic material, an organic material, a semiconductor material, a metal or a combination thereof. Good. For example, when silane is used for the organic substrate, it is preferable to separately adhere the layer of the radiation-reactive substance to the substrate, but in some cases, the surface of the substrate itself is irradiated. May be considered to be a layer.
【0127】自己集合性単分子膜は、官能基を有する基
板の表面に化学的に吸着されるのが好ましいが、幾つか
の場合には、膜が基板の外面の一部から形成されてもよ
いし、基板の外面の一部であると考えてもよい。従っ
て、基板が内部に発色団を含むとき、発色団は、露光波
長を吸収し、無電解めっき浴に対する反応性を金属めっ
き受容性から金属めっき不受容性またはその逆に変化さ
せる物質であるから、基板は追加の単分子膜の形成を要
せずに直接使用され得る。すべての場合に、(基板の単
分子膜部分であると考えてもよい)基板外層または基板
に設けられた単分子膜は、無電解めっき法による金属め
っき受容性であるかまたは受容性でない表面を有する。
照射線は受容性表面を不受容性に変化させるか、または
その逆に不受容性表面を受容性に変化させる。次いで、
めっき促進用触媒を使用し、無電解めっき法によって所
定領域に金属を堆積させたりまたは所定領域の金属の堆
積を阻止したりする。金属堆積の前に、照射線によって
マスクまたはパターンを描画するとき、金属が所定領域
だけに付着し、金属自体がその後の段階のマスクとして
機能し得る。金属層はエッチングに耐性のレジストでも
よいし、プリント回路基板、マスク及びマイクロ波回路
の場合には金属層が最終製品でもよい。従って、堆積金
属層が最終用途に必要な場所だけに堆積され金属の除去
が全く不要な方法で製品を製造することが可能である。The self-assembled monolayer is preferably chemically adsorbed on the surface of the substrate having functional groups, although in some cases the film is formed from a portion of the outer surface of the substrate. Alternatively, it may be considered to be a part of the outer surface of the substrate. Therefore, when the substrate contains a chromophore, the chromophore is a substance that absorbs the exposure wavelength and changes the reactivity to the electroless plating bath from metal plating receptivity to metal plating non-receptivity or vice versa. The substrate can be used directly without the need for the formation of additional monolayers. In all cases, the outer layer of the substrate (which may be considered to be the monolayer portion of the substrate) or the monolayer provided on the substrate is a metal plating receptive or non-receptive surface by electroless plating. Have.
The radiation causes the receptive surface to become non-receptive, or vice versa. Then
A catalyst for accelerating plating is used to deposit metal in a predetermined region or prevent deposition of metal in a predetermined region by an electroless plating method. When writing a mask or pattern with radiation before metal deposition, the metal may only adhere to certain areas and the metal itself may act as a mask for the subsequent stages. The metal layer may be an etch resistant resist, or in the case of printed circuit boards, masks and microwave circuits the metal layer may be the final product. Therefore, it is possible to manufacture the product in a manner such that the deposited metal layer is deposited only where it is needed for end use and no metal removal is required.
【0128】特定の単層膜について説明しまた特定のシ
ランについて記載してきたが、その他の膜を表面に設け
ること、またその他の種々のシラン、例えば、トリデカ
フルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル−1−
ジメチルクロロシラン、オクタデシルジメチルクロロシ
ランなどのペルフッ素化シラン、トリクロロオクテニル
シラン、トリメトキシオクテニルシラン、トリメトキシ
−4−アミノブチルシランなどの三官能シランを使用す
ることも可能である。Although particular monolayer films have been described and specific silanes have been described, other films may be provided on the surface and various other silanes such as tridecafluoro-1,1,2,2. -Tetrahydrooctyl-1-
It is also possible to use perfluorinated silanes such as dimethylchlorosilane, octadecyldimethylchlorosilane, trifunctional silanes such as trichlorooctenylsilane, trimethoxyoctenylsilane, trimethoxy-4-aminobutylsilane.
【0129】照射線反応性であり、発色団として作用で
き、基板に付着し得るその他の物質も使用できる。その
例は、一般式Ti(OR)4を有するチタン酸塩であ
る。式中の4つのORはすべて同じ基でも異なる基でも
よい。これらの物質及び関連するジルコニウム酸塩及び
アルミニウム酸塩の分子はシランと同様に、表面ヒドロ
キシル基と自発的に反応して、基板に共有結合した有機
単層を形成し、同時ににアルコールを発生する。表面ヒ
ドロキシルとチタン酸塩との間にO−Ti結合が形成さ
れる。選択的金属パターンを形成するために使用され得
るチタン酸塩の例は、2−プロパノラト−トリス(ホス
ファート−O−ジオクチル)チタニウム(IV)、UTF
12;メトキシジグリコリラート−トリス−O−(2−
プロペノアート)−チタニウム(IV)、(UTF3
9);2−プロパノラート−トリス(3,6−ジアザヘ
キサノラート)チタニウム(IV)、(UTF44)であ
る。その他の単層膜形成材料、例えば、ラングミュア−
ブロジェット膜、金表面に集合するチオールもしくはジ
スルフィド膜、カルボキシルまたは酸塩化物も使用でき
る。Other materials which are radiation-sensitive and can act as chromophores and which can adhere to the substrate can also be used. An example is a titanate having the general formula Ti (OR) 4 . All four ORs in the formula may be the same group or different groups. Like these silanes, these substances and related zirconate and aluminate molecules spontaneously react with surface hydroxyl groups to form organic monolayers covalently bonded to the substrate, simultaneously generating alcohols. . An O-Ti bond is formed between the surface hydroxyl and the titanate. Examples of titanates that can be used to form the selective metal pattern are 2-propanolato-tris (phosphate-O-dioctyl) titanium (IV), UTF.
12; methoxydiglycolylate-tris-O- (2-
Propenoart) -Titanium (IV), (UTF3
9); 2-propanolato-tris (3,6-diazahexanolate) titanium (IV), (UTF44). Other single layer film forming materials such as Langmuir
Blodgett films, thiol or disulfide films assembling on gold surfaces, carboxyls or acid chlorides can also be used.
【0130】堆積される金属層の膜厚は、無電解めっき
による電気製品の製造技術で公知の値でよく、例えば、
所望の解像度を有する連続膜の膜厚は20nmである。
解像度は、例えば金属線幅0.5μ、配線間隔0.5μ
以下であり、また、高エネルギ短波長照射線例えば20
0nmの照射線を用いるときは金属線幅0.2μ、配線
間隔0.2μである。The thickness of the deposited metal layer may be a value known in the art of manufacturing electric products by electroless plating.
The thickness of the continuous film having the desired resolution is 20 nm.
The resolution is, for example, a metal line width of 0.5μ and a wiring interval of 0.5μ.
And high energy short wavelength radiation, eg 20
When an irradiation line of 0 nm is used, the metal line width is 0.2 μ and the wiring interval is 0.2 μ.
【0131】上記基板の他にも、外層に発色団を含むの
で、付加単分子膜を使用せずに直接パターンを形成する
ことが可能な基板を使用し得る。これらの基板は、上面
に該当波長の発色団を有する有機または無機の材料でよ
い。かかる基板材料の例を以下に示す。照射後に堆積さ
れる金属の像がネガティブであるかポジティブであるか
も示す。ポジティブ像は、触媒の付着後に基板の非照射
領域にだけ金属が堆積されたものであり、ネガティブ像
は触媒の付着後に基板の照射領域にだけ金属が堆積され
たものである。In addition to the above-mentioned substrate, since the outer layer contains a chromophore, it is possible to use a substrate which can directly form a pattern without using an additional monomolecular film. These substrates may be organic or inorganic materials with a chromophore of the appropriate wavelength on top. Examples of such substrate materials are shown below. It also indicates whether the image of the metal deposited after irradiation is negative or positive. The positive image is the metal deposited only on the non-irradiated areas of the substrate after the catalyst deposition, and the negative image is the metal deposited only on the irradiated areas of the substrate after the catalyst deposition.
【0132】ポリエチレン−ネガティブ
パラフィン−ネガティブ
ポリプロピレン−ポジティブ
ポリエチレンテレフタレート(Mylar)−ポジティ
ブ
ポリエーテルポリウレタン−ポジティブ
ポリイソプレン(天然ゴム)−ポジティブ
ポリスルホン−ポジティブ
ポリメチルメタクリレート(Plexiglas)−ポ
ジティブ
ポリアクリル酸−ポジティブ
ポリ(シス−1,4−ブタジエン)−ネガティブ
ポリウレタン−ポジティブ
RTVシリコーンゴム−ポジティブ
ポリエーテルスルホン−ポジティブ
本発明の必須要件を逸脱しない種々の変更は半導体製
造、プリント回路製造または薄膜化学の分野の当業者に
明らかであろう。本発明が、本文に記載の処理手順及び
該処理手順で使用した材料に限定されないことも理解さ
れよう。特許請求の範囲に記載された本発明の範囲は、
明らかに等価の変更及び同等の特性を有することが公知
の材料の置換をも包含する。Polyethylene-negative paraffin-negative polypropylene-positive polyethylene terephthalate (Mylar) -positive polyether polyurethane-positive polyisoprene (natural rubber) -positive polysulfone-positive polymethylmethacrylate (Plexiglas) -positive polyacrylic acid-positive poly ( (Cis-1,4-butadiene) -negative polyurethane-positive RTV silicone rubber-positive polyethersulfone-positive Various modifications which do not depart from the essential requirements of the invention will occur to those skilled in the field of semiconductor manufacturing, printed circuit manufacturing or thin film chemistry. Would be obvious. It will also be appreciated that the invention is not limited to the procedures described herein and the materials used in the procedures. The scope of the present invention described in the claims is
It also includes obvious equivalent changes and substitutions of materials known to have equivalent properties.
【図1】Aは、固体基板に単分子膜を形成するために固
体基板の表面に均質溶液から分子を化学吸着させる処理
を示す概略図である。Bは、図で使用された記号の概略
的な定義である。FIG. 1A is a schematic diagram showing a process of chemisorbing molecules from a homogeneous solution on the surface of a solid substrate to form a monomolecular film on the solid substrate. B is a schematic definition of the symbols used in the figures.
【図2】単層の所定領域の反応性を変化させるために単
層膜に与えられるパターン照射を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing pattern irradiation applied to a monolayer film to change the reactivity of a given region of the monolayer.
【図3】Aは、コロイド状触媒前駆物質がシラン分子の
残留反応性基に付着し単層膜に金属めっき層が形成され
る状態を示す概略図である。Bは、未反応シラン単層及
び未反応照射副生物を示す概略図である。FIG. 3A is a schematic view showing a state in which a colloidal catalyst precursor is attached to residual reactive groups of silane molecules to form a metal plating layer on a monolayer film. B is a schematic diagram showing an unreacted silane monolayer and unreacted irradiation by-products.
【図4】Aは、イオンエッチング後の半導体基板の断面
状態及び基板のエッチングによって形成されたプラトー
上の金属膜を示す概略図である。Bは、均質溶液からの
親コロイド性分子の化学吸着によって照射副生物に形成
された単分子膜を示す概略図である。FIG. 4A is a schematic view showing a cross-sectional state of a semiconductor substrate after ion etching and a metal film on a plateau formed by etching the substrate. B is a schematic diagram showing a monolayer formed on the irradiation by-product by chemisorption of colloid-philic molecules from a homogeneous solution.
【図5】Aは、エッチング後の金属/コロイド触媒の除
去を示す概略図である。Bは、コロイド状触媒前駆物質
が親コロイド性分子に付着し単層膜に金属めっき層が形
成される状態を示す概略図である。FIG. 5A is a schematic showing removal of metal / colloid catalyst after etching. B is a schematic view showing a state in which the colloidal catalyst precursor is attached to the colloid-philic molecules to form a metal plating layer on the monolayer film.
1 固体基板 2 ヘッド 3 反応性部分 4 非反応性部分 5 スペーサー 6 コロイド状触媒 7 金属パターン 1 Solid substrate 2 heads 3 Reactive part 4 Non-reactive part 5 spacers 6 Colloidal catalyst 7 metal pattern
フロントページの続き (72)発明者 マーテイン・シー・ペツカラー アメリカ合衆国、メリランド・20904、 シルバ・スプリング、バツカニア・ロー ド・12917 (72)発明者 ジエフリ・エム・カルバート アメリカ合衆国、バージニア・22015、 バーク、ウイルミンタン・ドライブ・ 6033 (72)発明者 ジヤツク・エイチ・ジヨージヤ・ジユニ ア アメリカ合衆国、バージニア・22153、 スプリングフイルド、グレイト・レイ ク・ロード・8409 (72)発明者 クリステイ・アール・ケイ・マリアン アメリカ合衆国、バージニア・22307、 アリグザーンドリア、ケンヨン・ドライ ブ・6805 (56)参考文献 特開 平1−165776(JP,A) 特開 平2−90679(JP,A) 特開 平1−180984(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768 Front Page Continuation (72) Inventor Martin Sea Petzcolor Merriland 20904, United States, Silva Spring, Batuscania Road 12917 (72) Inventor Jeffrey M. Calvert United States, Virginia 22015, Burke, Wilmington Drive 6033 (72) Inventor Jacques H. Yoyoja Junia United States, Virginia 22153, Springfield, Great Lake Road 8409 (72) Inventor Cristay Earl Kay Marian United States, Virginia 22307, Arizandria, Kenyon Drive 6805 (56) Reference JP-A-1-65776 (JP, A) JP-A-2-90679 (JP, A) JP-A-1-180984 (JP, A ) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/28-21/288 H01L 21/3205-21/3213 H01L 21/768
Claims (22)
パスを形成するために、 (a)自己集合性単分子膜を基板の表面に化学的に吸着
させ、 (b)膜に所定パターンを描画すべく膜の領域の反応性
を変性し、 (c)触媒前駆物質と結合し得る十分な反応性を有する
膜の領域だけに触媒前駆物質を付着させ、 (d)基板を無電解金属めっき浴に配置して触媒前駆物
質が付着した領域を金属めっきする段階を含む方法。1. To form a conductive path on a substrate having a polar functional group on its surface, (a) a self-assembled monolayer is chemically adsorbed on the surface of the substrate, and (b) a predetermined pattern is formed on the film. To modify the reactivity of the membrane region, and (c) deposit the catalyst precursor only on the membrane region having sufficient reactivity to bond with the catalyst precursor, and (d) attach the substrate to an electroless metal. A method comprising placing in a plating bath and metal plating the area where the catalyst precursor is attached.
分子膜が、式: RnSiXm 〔式中、Rは有機官能基; n=1,2または3; m=4−n;及びXはハロゲン、アルコキシまたはアミ
ンから成るグループから選択された基〕で示されるシラ
ンであることを特徴とする請求項1に記載の方法。2. The substrate is a semiconductor substrate, and the self-assembled monolayer has the formula: RnSiXm [wherein R is an organic functional group; n = 1, 2 or 3; m = 4-n; and X is The group according to claim 1, which is a group selected from the group consisting of halogen, alkoxy, and amine.
集合性単分子膜がクロロシラン含有溶液からの吸着によ
って該固体に形成されることを特徴とする請求項1に記
載の方法。3. The method of claim 1, wherein the substrate is a semiconductor silicon solid and the self-assembled monolayer is formed on the solid by adsorption from a chlorosilane-containing solution.
ジメチルクロロシランであることを特徴とする請求項3
に記載の方法。4. The chlorosilane in the solution is 7-octenyldimethylchlorosilane.
The method described in.
ジメチルクロロシランであることを特徴とする請求項3
に記載の方法。5. The chlorosilane in the solution is 5-hexenyldimethylchlorosilane.
The method described in.
有するコロイドであることを特徴とする請求項2に記載
の方法。6. The method according to claim 2, wherein the catalyst precursor is a colloid containing palladium and tin.
スズ及びパラジウムの化合物で順次処理することを特徴
とする請求項6に記載の方法。7. The method of claim 6, wherein the substrate is sequentially treated with a tin and palladium compound to produce a catalyst precursor.
を照射することによって膜の領域の反応性を変性するこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。8. The method according to claim 1, characterized in that the reactivity of the region of the membrane is modified by irradiating with a radiation beam which promotes the photolytic cleavage of the irradiated region.
性雰囲気に維持することを特徴とする請求項8に記載の
方法。9. The method of claim 8 wherein the wafer is maintained in a vacuum or inert atmosphere during the irradiation process.
であることを特徴とする請求項9に記載の方法。10. The method according to claim 9, wherein the irradiation rays are ultraviolet rays having a wavelength of less than 200 nm.
特徴とする請求項10に記載の方法。11. The method of claim 10, wherein the self-assembling film is a silane layer.
る半導体シリコン基板であり、自己集合性単分子膜が、
前記ヒドロキシル基に対するシロキサンブリッジによっ
て基板に結合されていることを特徴とする請求項1に記
載の方法。12. The substrate is a semiconductor silicon substrate having a hydroxyl group on its surface, and the self-assembled monolayer is
The method of claim 1, wherein the method is bound to the substrate by a siloxane bridge to the hydroxyl groups.
域の反応性を変性し、 所定の触媒に対して十分な反応性を要する膜の領域だけ
に触媒反応を生じさせ、 基板を無電解金属めっき浴に配置して触媒反応した領域
を金属めっきすることを特徴とする方法。13. In order to form a metal path on a substrate, a monomolecular film forming the surface of the substrate is selected, and the reactivity of the region of the film is modified by irradiation so as to draw a predetermined pattern on the film, A method characterized in that a catalytic reaction is caused only in a region of a film that requires sufficient reactivity with respect to a predetermined catalyst, the substrate is placed in an electroless metal plating bath, and the catalytically reacted region is metal-plated.
膜がクロロシラン含有溶液からの吸着によって基板上に
形成されることを特徴とする請求項13に記載の方法。14. The substrate is a dielectric silicon oxide,
The method of claim 13, wherein the film is formed on the substrate by adsorption from a chlorosilane-containing solution.
ランから形成されることを特徴とする請求項1に記載の
方法。15. The method of claim 1, wherein the substrate is alumina and the film is formed from chlorosilane.
シランからの吸着によって形成されることを特徴とする
請求項1に記載の方法。16. The method according to claim 1, wherein the substrate is a conductive metal and the film is formed by adsorption from chlorosilane.
特徴とする請求項15に記載の方法。17. The method according to claim 15, wherein the chlorosilane is UTF1.
リコン酸化物、アルミナ、金属及び石英から選択され、
前記膜がシラン含有溶液から吸着されることを特徴とす
る請求項1に記載の方法。18. The substrate is selected from semiconductor silicon, dielectric silicon oxide, alumina, metal and quartz,
The method of claim 1, wherein the membrane is adsorbed from a silane-containing solution.
トキシシランであることを特徴とする請求項18に記載
の方法。19. The method of claim 18, wherein the silane is 4-aminobutyldimethylmethoxysilane.
ン、アルミナ、金属及び石英から成るグループから選択
され、 前記単分子膜がシランまたはチタン酸塩から成る溶液か
ら吸着され、前記触媒前駆物質がパラジウム及びスズを
含有するコロイドであり、前記金属めっきが無電解めっ
きによって堆積し得る金属、即ち銅、金、コバルト、ニ
ッケル、パーマロイ(鉄−ニッケル−ホウ素合金)及び
パラジウムから成るグループから選択され、 更に、パターンを基板に転写するためにリアクティブイ
オンエッチング中に基板を配置し、次いで酸化用の酸に
よって金属を除去することを特徴とする請求項1に記載
の方法。20. The substrate is selected from the group consisting of semiconductor silicon, dielectric silicon, alumina, metal and quartz, the monolayer is adsorbed from a solution of silane or titanate, and the catalyst precursor is palladium and A tin-containing colloid, the metal plating being selected from the group consisting of metals that can be deposited by electroless plating, i.e., copper, gold, cobalt, nickel, permalloy (iron-nickel-boron alloy) and palladium; The method of claim 1, wherein the substrate is placed during reactive ion etching to transfer the pattern to the substrate and then the metal is removed by an oxidizing acid.
層から成ることを特徴とする請求項1または13に記載
の方法。21. The method according to claim 1, wherein the metal plating consists of two layers of different metals.
る第2の物質を含むことを特徴とする請求項1または1
3に記載の方法。22. The method according to claim 1, wherein the substrate includes a second substance overlying the monolayer.
The method according to 3.
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