专利名称：形成介质薄膜图案和形成分层图案的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成介质薄膜图案的方法，和形成分层图案的方法。本发明尤其涉及通过提起(lift-off)技术，形成低损耗介质薄膜图案的方法。另外，本发明较好地涉及形成由介质薄膜和导电薄膜构成的分层图案的方法，并构成诸如高频传输线、高频谐振器、高频电容元件等等的高频器件。
构成诸如高频传输线、高频谐振器、高频电容元件等高频器件的介质薄膜需要低介质损耗。为此，已经使用诸如CVD、溅射、消蚀等技术来形成具有低介质损耗的介质薄膜。汽相淀积方法从未用于这种目的。未使用汽相淀积方法的一个原因是根据汽相淀积的技术，汽相淀积微粒的能量低(不多于大约leV)，从而难以坚固地形成显示低损耗的介质薄膜。
已经一般地设想，当基片的温度是室温时，不能使用汽相淀积技术产生低损耗薄膜。为了使用汽相淀积技术得到低损耗薄膜，需要加热基片，或利用离子、离子电镀的帮助。但是，根据这些方法的每一种方法，基片必须被加热到高温。因为在提起技术中所使用的光致抗蚀剂的耐热性，使用提起技术形成低损耗薄膜曾经是不可能的。
在基片上部分地形成由介质薄膜和导电薄膜构成的分层图案(布线图案)的情况下，例如包含介质薄膜和导电薄膜，并构成具有MIM(金属-绝缘体-金属)结构的高频电容元件的分层图案，一般地，根据下面的方法生产分层图案。
根据第一种方法，通过汽相淀积、溅射等等方法，在基片的整个表面上形成导电薄膜作为下层。然后，通过CVD、溅射、消蚀等方法形成介质薄膜。然后，通过汽相淀积、溅射等方法，形成导电薄膜，作为上层，由此，形成具有MIM结构的分层薄膜。此后，在其上形成抗蚀图案。通过蚀刻，去掉通过抗蚀图案暴露的在不必要区域中的分层薄膜，以得到分层图案。
第二种方法如下。首先，通过汽相淀积、溅射等等方法在基片的整个表面上形成导电薄膜，作为下层。此后，其上形成抗蚀图案，仅仅蚀刻作为下层的导电薄膜，以做成所需的图案。另外，在不需要导电薄膜的区域中预先形成抗蚀图案。通过汽相淀积等等方法，通过抗蚀图案，在基片的下层上形成导电薄膜。抗蚀图案上形成的导电薄膜与抗蚀图案一起从基片分离。由此，使用提起技术，使作为下层的导电薄膜形成图案。然后，通过CVD、溅射、消蚀等方法，在基片的整个表面上和形成图案的导电薄膜上形成介质薄膜，作为下层。在介质薄膜上形成抗蚀图案，并通过蚀刻，去掉不需要介质薄膜的区域。另外，以和形成导电薄膜作为下层中使用的相同的方式，在介质薄膜上形成导电薄膜，作为上层，并形成图案。当介质薄膜和作为上层的导电薄膜形成图案时，它们分别与作为下层的导电薄膜以及已经形成图案的介质薄膜一起被配准，然后被形成图案，以具有相同的图案。
但是，第一和第二种方法有问题，即，即使使用诸如RIE之类的干蚀刻，也无法高精度地蚀刻诸如Al2O3之类的介质材料。为此，当希望形成高精度介质薄膜图案时，可以使用这些方法中的任何一种介质薄膜材料是非常有限的。在某些情况下，介质薄膜材料可以通过离子研磨等机械方法，加以除去。但在这种情况下，对基底材料的损伤是一个问题。
至于能被蚀刻的介质薄膜材料，蚀刻是昂贵的，这是因为先形成抗蚀图案，然后通过将抗蚀图案用作掩模进行蚀刻。尤其地，根据第二种方法，必须使抗蚀图案三次形成图案，这花费巨大。
由于上述的原因，已经需要一种单一的方法，使用提起技术形成低损耗介质薄膜图案或由低损耗介质薄膜和导电薄膜构成的分层图案。更具体地说，希望使用提起技术，生产由低损耗介质薄膜和导电薄膜构成的分层图案，在这种方法中，在真空条件下，将导电薄膜和介质薄膜一个接着一个汽相淀积在一个抗蚀图案层上。
本发明可以解决传统的技术中的上述有关问题，并提供一种使用提起技术，容易地形成分层图案的方法，其中分层图案由低损耗介质薄膜和导电薄膜构成，并构成诸如高频传输线、高频谐振器和高频电容元件之类的高频器件。
形成介质薄膜图案的方法，包含步骤通过汽相淀积方法，在其上具有抗蚀图案的基片上淀积介质薄膜，其中使用CeO2，Sm2O3，Dy2O3，Y2O3，TiO2，Al2O3和MgO中的至少一种用作介质薄膜的材料；并去掉抗蚀图案，由此使介质薄膜形成图案。
在通过汽相淀积方法淀积介质薄膜中所使用的基片的温度最好不大于150℃。
形成介质薄膜的方法，可进一步包括将已经形成图案的介质薄膜在150℃或以上的温度中进行热处理的步骤。
为了描述本发明，在附图中示出目前较佳的几种形式，但是应该知道，本发明不限于图中所示的精密的安排和手段。
图1A到1F是截面图，说明根据本发明的实施例形成布线图案的方法的具体处理步骤。
根据本发明的实施例的形成介质薄膜图案的方法包含步骤在基片上淀积介质薄膜，用汽相沉淀方法在其上形成抗蚀图案，并将抗蚀图案去掉，以形成有图案的介质薄膜，其中，用于介质薄膜的材料至少是CeO2，Sm2O3，Dy2O3，Y2O3，TiO2，Al2O3和MgO中的一种。在这种情况下，可以使用电子束汽相沉淀、电阻加热汽相沉淀、高频感应加热知道镀膜等等方法作为汽相沉淀方法。
通过发明人的大量学习，已经确定，使用七种类型的材料，即，使用CeO2，Sm2O3，Dy2O3，Y2O3，TiO2，Al2O3和MgO，可以在室温下通过汽相沉淀形成低损耗的介质薄膜。相应地，当使用这些材料中的一种或多种形成介质薄膜时，可以防止在薄膜形成过程中基片的温度超过抗蚀图案的耐热温度，而在薄膜形成时抗蚀图案的热变形或退化是可以避免的。
当根据本发明形成介质薄膜图案时，使用提起技术，可以在低于抗蚀图案的耐热温度的基片温度下形成低损耗介质薄膜。另外，不能经受蚀刻的介质薄膜可以形成图案。另外，和在形成介质薄膜后形成抗蚀图案的情况相比，本方法并不昂贵，并且介质薄膜被形成图案。
在形成介质薄膜图案的方法中，当将介质薄膜真空汽相沉淀在基片和抗蚀图案过程中所使用的基片的温度最好不大于150℃。
一般地，抗蚀图案的耐热温度最高到150℃，因而，当成膜过程中基片温度达150℃时，可以避免抗蚀图案的热变形、退化等等。如上所述，使通过提起技术形成低损耗介质薄膜成为可能。
在形成介质薄膜图案的方法中，在抗蚀图案上的介质薄膜与抗蚀图案一起去掉后，介质薄膜图案最好在至少150℃的温度下进行热处理。
还可以通过在使用提起技术形成介质薄膜图案后，在150℃或更高的温度下通过介质薄膜图案的热处理，进一步改进介质薄膜图案的介质电损耗。较好地，在真空或氧气环境中进行加热处理。具体地说，由于上述介质薄膜材料中任何一种是氧化膜，故存在着包含在介质薄膜中的氧气将在热处理的过程中被去掉的危险。为了防止氧气被除去，希望在氧气环境中进行热处理。
将形成介质薄膜图案的方法适当地结合到形成包含介质薄膜和导电薄膜的分层薄膜的方法中。即，形成分层图案的方法包含步骤在基片上形成抗蚀图案；随后将介质薄膜和导电薄膜淀积在具有抗蚀图案的基片上；去掉抗蚀图案，由此产生包含介质薄膜和导电薄膜的分层图案，其中，可以将CeO2，Sm2O3，Dy2O3，Y2O3，TiO2，Al2O3和MgO中的至少一种用作介质薄膜的材料。
根据较好的方法，使用汽相沉淀方法形成导电薄膜和介质薄膜。由此，可以在同一汽相沉淀装置中连续地形成导电薄膜和介质薄膜。即，可以通过提起技术，同时形成由导电薄膜和介质薄膜构成的分层图案。由此，根据这种方法，可以便宜地并且高精度地形成由导电薄膜和介质薄膜构成的分层图案。
在形成包含介质薄膜和导电薄膜的分层图案的情况下，希望在真空或惰性气体(诸如Ar，He，Ne，Xe，N2气体)中进行热处理，从而导电薄膜不备氧化。
下面，将参照附图，更加详细地描述本发明的较佳实施例。
参照图1A到1F，最好将负性光致抗蚀剂2a旋转涂敷在诸如陶瓷基片、半导体基片上，如图1A所示。然后，使用光刻处理，在光致抗蚀剂2a中形成图案。在要形成布线图案的区域中打开窗口3(图1B)。在这种情况下，在形成图案后，抗蚀图案2具有倒锥形形状以改进提起性能。
然后，如图1C所示，将基片1放置在电子束汽相沉淀装置、电阻加热汽相沉淀装置或高频感应加热处理汽相沉淀装置的汽相沉淀室中，并设置在基片支持件上。然后，将基片温度保持在150℃或更低的温度(如果必要，基片支持件和基片用适当的冷却方法，诸如冷却水等等冷却)。在室温下，在真空中使导体(金属)汽相淀积在基片1上(图1C)。如上所述形成在基片1上的导电薄膜4可以由一层或多层构成。
当基片1位于真空汽相沉淀室时，将基片温度保持在150℃或更低的温度(如果必要，再次用诸如冷却水等适当的冷却装置冷却基片支持件和基片)，在真空中，在室温下，将介质薄膜5汽相淀积在基片1上(图1D)。这种情况下所使用的介质薄膜5可以由CeO2，Sm2O3，Dy2O3，Y2O3，TiO2，Al2O3或MgO制成。还可以使用其混合的成份或层叠的结构。
此后，当将基片1放置在汽相沉淀室中时，将基片温度保持在150℃或更低的温度(如果必要，再次用诸如冷却水等适当的冷却方法冷却基片支持件和基片)，在真空中，在室温下，将导电金属淀积在基片1上，由此在介质薄膜5上形成导电薄膜6。导电薄膜6形成上层，并且可以由和形成为下层的导电薄膜4相同或不同的材料制成。
如上所述，包含下层导电薄膜4、介质薄膜5和上层导电薄膜6的分层结构形成在抗蚀图案2上和抗蚀图案2的窗口3中的基片1上。然后，将基片1浸入分离液中，这使位于抗蚀图案2上的分层(4，5，6)与它的抗蚀图案一起从基片1上分离，由此在基片1上形成包含导电薄膜4、介质薄膜5和导电薄膜6的分层图案7，它具有所要的图案，用作诸如高频传输线、高频谐振器、高频电容元件等等的高频器件中的布线图案。
根据本发明，当将CeO2，Sm2O3，Dy2O3，Y2O3，TiO2，Al2O3和MgO中的任何一种用作介质材料时，对低损耗介质薄膜的室温下的汽相淀积是可能的，并且可以使用提起形成处理实现高频低损耗介质薄膜图案。由于可以使用提起技术形成介质薄膜，故MIM电容器的分层布线图案、高频传输线等等可以通过形成图案一次和对抗蚀图案的分离工作形成。可以以低成本形成包含介质薄膜的分层布线图案。相反，很难通过例如传统的金属掩膜使50μm的一侧形成图案。如果将蚀刻用于形成图案，必须进行几次抗蚀图案处理和蚀刻处理。这种方法是昂贵的。
已经描述了由导电薄膜和介质薄膜构成的分层图案。但是，不需要说明，本发明可以应用于只使用介质薄膜图案的情况。另外，可以使用具有四层或更多层的分层图案。
第一实施例下面，将描述通过上述方法，MIM电容器的形成，它由作为介质薄膜的Sm2O3薄膜和作为陶瓷基片上的上层、下层导电薄膜的Cu薄膜构成。
首先，将光致抗蚀剂涂敷到陶瓷基片上，其直径为3英寸，薄膜厚度为5μm。使用光刻使光致抗蚀剂形成图案，由此形成抗蚀剂图案，它具有一侧为50μm的开口。在这种情况下，设定光刻条件，从而抗蚀图案采用充分倒锥形形状，从而图案可以被提起。
接着，将其上形成有抗蚀图案的基片放置在汽相淀积装置的真空汽相淀积室中。作为黏附层的Ti由电子束汽相淀积，薄膜厚度为50μm，并且相继地，用电子束汽相淀积Cu，薄膜厚度为300nm，由此形成导电薄膜下层(下层电极)。在这种情况下，基片的温度大约80℃。当Cu层的厚度大时，基片温度超过抗蚀图案耐热极限(150℃)。在这种情况下，必须用冷却水等流过基片支持件来冷却基片，以将基片的温度保持在150℃或更低的温度。
在导电薄膜形成为下层后，在真空中用电子束汽相淀积作为黏附层的Ti，不使基片暴露在大气中(即，不将基片从汽相淀积室中取出)。另外，用电子束汽相淀积Sm2O3，薄膜厚度为200nm，由此形成介质薄膜。在这种情况下，基片温度大约80℃。当Sm2O3薄膜的厚度大时，基片温度变，从而超过了抗蚀图案耐热的极限(150℃)。在这种情况下，通过冷却基片抑制基片温度，并保持在150℃或以下。
类似地，用电子束将作为黏附层的Ti汽相淀积在Sm2O3上，薄膜厚度为50nm，而不将薄膜暴露在大气中，即，当它被保留在汽相淀积室中。然后，用电子束汽相淀积Cu，薄膜厚度为300nm，由此形成导电薄膜(导电薄膜上层)作为上层。在这种情况下，温度是大约80℃。当Cu薄膜上层的厚度大时，基片温度变高，以致超过抗蚀图案耐热极限(150℃)。在这种情况下，通过冷却基片抑制基片温度，保持在150℃或更低的温度。
此后，将基片从汽相淀积室中取出，并浸泡在丙酮中，并施加超声波，由此淀积在抗蚀图案上的不必要的Cu/Ti/Sm2O3/Ti/Cu/Ti通过提起技术与抗蚀图案一起去掉。结果，做成MIM电容器，其中导电薄膜Cu分别形成在介质薄膜(Sm2O3)的上层和下层。
此外，如上述形成在基片上的MIM电容器以后，将基片上的MIM电容器在200℃温度中退火2小时。结果，进一步改善了介质薄膜(Sm2O3)的介质损耗。
第二实施例下面将描述在陶瓷基片上形成高频传输线的情况，其中高频传输线由作为介质薄膜的Sm2O3和作为放置在介质薄膜的上层下层上的导电薄膜的Cu薄膜制成。
首先，将光致抗蚀剂涂敷到陶瓷基片上，直径为3英寸，薄膜厚度为5μm。使用光刻技术在光致抗蚀剂上形成图案，由此形成抗蚀图案，它具有宽度为500μm，长度为10mm的开口。在这种情况下，如此设置石印条件，从而抗蚀图案采取倒锥形形状，从而可以提起。
然后，将其上具有抗蚀图案的基片放置在汽相淀积装置的真空汽相淀积室内。作为黏附层的Ti用电子束汽相淀积，薄膜厚度为50nm，不加热基片，将抗蚀图案用作掩模，然后用电子束汽相淀积Cu，薄膜厚度为1μm，由此形成导电薄膜下层(下电极)。在这种情况下，基片的温度大约80℃。当Cu层的厚度大时，基片温度变高，从而超过了抗蚀图案的耐热极限(150℃)。在这种情况下，必须冷却基片，即，使用冷却水等等，其中冷却水流过基片支持件，使基片温度保持在150℃或更低温度。
在如上所述形成导电薄膜作为下层后，在真空中用电子束汽相淀积Ti(它是黏附层)，薄膜厚度为50nm，其中不将基片暴露在大气中(即，不将基片从真空汽相淀积室内取出)。另外，用电子束汽相淀积Sm2O3，薄膜厚度为200nm，由此形成介质薄膜。在这种情况下，基片温度是大约80℃。当Sm2O3薄膜的厚度大时，基片温度变高，从而超过了抗蚀图案的耐热极限(150℃)。在这种情况下，并通过冷却基片使基片温度受到抑制，将温度保持在150℃或更低的温度。
类似地，在Sm2O3上用电子束汽相淀积作为黏附层的Ti，薄膜厚度为50nm，其中不使基片暴露在大气中，即，将它保留在真空汽相淀积室内。然后，用电子束汽相淀积Cu，薄膜厚度为1μm，由此形成作为上层的导电薄膜(上层电极)。在这种情况下，温度是大约80℃。当Cu薄膜上层厚度大时，基片温度变高，超过了抗蚀图案的耐热极限(150℃)。在这种情况下，通过冷却基片，抑制了基片温度，并将温度保持在150℃。
此后，从真空汽相淀积室内取出基片，并将其浸泡在丙酮中，施加超声波，由此淀积在抗蚀图案上的不必要的Cu/Ti/Sm2O3/Ti/Cu/Ti和抗蚀图案一起提起。结果，产生高频传输线，其中导电薄膜Cu分别形成在介质薄膜(Sm2O3)的上侧和下侧。
在如上所述在浸泡上形成高频传输线后，形成在基片上的高频传输线在200℃退火2小时。结果，进一步改进了介质薄膜(Sm2O3)介质损耗。
测试例子首先，选择除了在本发明中使用的七种介质材料以外的材料SiO2和Ta2O5。这些材料通过室温下的汽相淀积，形成为薄膜。结果如下SiO2∶tanδ＝10％
Ta2O5∶tanδ＝60％由此，在两种情况下，产生具有大介质损耗的介质薄膜。
在通过溅射使SiO2和Ta2O5形成为薄膜的情况下，结果如下SiO2∶tanδ＝0.1％Ta2O5∶tanδ＝0.3％相应地，通过溅射，可以生产具有小介质损耗的介质薄膜。
另一方面，使用上述七种介质材料，通过室温汽相淀积形成介质薄膜。结果如下Al2O3∶tanδ＝0.8％Y2O3∶tanδ＝1.0％CeO2∶tanδ＝0.5-2.0％Sm2O3∶tanδ＝0.5-2.0％Dy2O3∶tanδ＝0.5-2.0％TiO2∶tanδ＝0.5-2.0％MgO∶tanδ＝0.5-2.0％这些值几乎等于那些通过溅射得到的值。和通过相同的汽相淀积方法得到的值相比，介质损耗显著改进。
虽然已经揭示了本发明的较佳实施例，实现这里所揭示的原理的各种模式都在下面的权利要求的范围内。因此，应明白本发明的范围只由权利要求限制。
权利要求
1.一种形成介质薄膜的方法，其特征在于包含步骤通过汽相淀积的方法，在具有抗蚀图案的基片上形成介质薄膜，其中CeO2，Sm2O3，Dy2O3，Y2O3，TiO2，Al2O3和MgO中的至少一种用作介质薄膜的材料；以及去掉抗蚀图案，由此在基片上形成构成图案的介质薄膜。
2.如权利要求1所述的形成介质薄膜图案的方法，其特征在于在通过汽相淀积方法的介质薄膜的淀积中所使用的基片的温度不大于150℃。
3.如权利要求1所述的形成介质薄膜图案的方法，其特征在于还包含步骤使形成图案的介质薄膜在150℃或更高的温度下进行热处理。
4.一种形成分层图案的方法，其特征在于包含步骤通过汽相淀积方法，在其上具有抗蚀图案的基片上，相继淀积介质薄膜和导电薄膜，其中将CeO2，Sm2O3，Dy2O3，Y2O3，TiO2，Al2O3和MgO中的至少一种用作介质薄膜的材料；及去掉抗蚀图案，由此产生包含介质薄膜和导电薄膜的分层图案。
5.如权利要求4所述的形成介质薄膜图案的方法，其特征在于在通过汽相淀积方法淀积介质薄膜过程中所使用的基片的温度不大于150℃。
6.如权利要求4所述的形成介质薄膜图案的方法，其特征在于还包含步骤使分层图案在150℃或更高的温度下进行热处理。
全文摘要
本发明提供了一种形成介质薄膜图案的方法,包含步骤:通过汽相淀积方法,在其上具有抗蚀图案的基片上淀积介质薄膜,其中将CeO
文档编号H05K3/46GK1255738SQ9912283
公开日2000年6月7日 申请日期1999年11月26日 优先权日1998年11月27日
发明者越户义弘, 藤林桂, 丰田祐二, 大川忠行, 高桥亮一郎 申请人:株式会社村田制作所