(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に多結晶の金属を形成する工程と、
前記金属の表面粗さＲａが０．０５１μｍより大きくなり、かつ前記金属の表面に１〜１０μｍ径のランダムな方向に伸びる複数の穴が形成されるように、前記金属の表面を１．０μｍ／ｍｉｎ未満のエッチングレートでウェットエッチングする工程と、
前記金属の表面に絶縁膜を形成する工程と、を備え、
前記金属は金であり、
前記ウェットエッチングはヨウ素ヨウ化カリウム溶液で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ヨウ素ヨウ化カリウム溶液のヨウ化カリウム濃度は２０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜は有機高分子膜、シリコン酸化膜、又はシリコン窒化膜のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ウェットエッチングは５分間以上行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ウェットエッチングする工程では、前記金属の上面と側面をエッチングし、
前記絶縁膜は、前記金属の上面と側面に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属表面に絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法とその製造方法で製造された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、有意な表面粗さとなるように加工した金属の表面に絶縁膜を形成する技術が開示されている。この技術は、粗い金属表面に絶縁膜を形成することでアンカー効果を生じさせて、絶縁膜を金属表面に密着させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】再公表０６／０６８０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示の技術では、絶縁膜が金属表面に十分密着せず剥がれることがあった。絶縁膜が剥がれると、半導体装置の電気特性が劣化したり耐湿信頼性が低下したりすることがあった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、絶縁膜を金属表面に密着させることができる半導体装置の製造方法と半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に多結晶の金属を形成する工程と、該金属の表面粗さＲａが０．０５１μｍより大きくなり、かつ該金属の表面に１〜１０μｍ径のランダムな方向に伸びる複数の穴が形成されるように、該金属の表面を１．０μｍ／ｍｉｎ未満のエッチングレートでウェットエッチングする工程と、該金属の表面に絶縁膜を形成する工程と、を備え、該金属は金であり、該ウェットエッチングはヨウ素ヨウ化カリウム溶液で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属の表面粗さＲａが０．０５１μｍより大きくなり、かつ金属の表面に１〜１０μｍ径のランダムな方向に伸びる複数の穴が形成されるので、絶縁膜を金属表面に密着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】基板上にレジストパターンを形成したことを示す図である。
【図４】Ａｕを形成したことを示す図である。
【図５】リフトオフしたことを示す図である。
【図６】Ａｕ電極の表面が粗化されたことを示す図である。
【図７】ポリイミド膜を形成したことを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法と比較例の半導体装置の製造方法を比較した表である。
【図９】本発明の実施の形態１に係るウェットエッチ処理後のＡｕ電極表面のＳＥＭ写真（Ａ）と比較例のウェットエッチ処理後のＡｕ電極表面のＳＥＭ写真（Ｂ）である。
【図１０】膜剥がし試験について示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法で製造された１０個のサンプル、及び比較例の製造方法で製造された１０個のサンプルを対象とした膜剥がし試験の結果を示す表である。
【図１２】本発明のポリイミド膜の付着力と比較例のポリイミド膜の付着力を示すグラフである。
【図１３】多層配線構造の各層の配線の表面を粗化したことを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。本発明の半導体装置は、基板１０を備えている。基板１０の上にはＡｕ電極１２が形成されている。Ａｕ電極１２の表面には複数の小さい穴１２ａと複数の大きい穴１２ｂが形成されている。小さい穴１２ａが形成されていることで、Ａｕ電極１２の表面の表面粗さＲａは０．２４６μｍとなっている。一方、大きい穴１２ｂは、１〜１０μｍ径のランダムな方向に伸びた穴である。なお、大きい穴１２ｂは表面粗さＲａには有意な寄与をしないものである。
【００１１】
Ａｕ電極１２の表面にはポリイミド膜１４が形成されている。ポリイミド膜１４は、前述の小さい穴１２ａ及び大きい穴１２ｂを埋めるように形成されている。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、まず、基板上にレジストパターンを形成する（ステップ２０）。次いで、基板及びレジストパターンの上にＡｕを形成し（ステップ２２）、その後にリフトオフ工程を実施する（ステップ２４）。リフトオフ後に残ったＡｕはＡｕ電極である。このＡｕ電極は、表面粗化される（ステップ２６）。最後に、表面粗化されたＡｕ電極にポリイミド膜を形成（ステップ２８）して処理を終了する。以後、各ステップの詳細を説明する。
【００１３】
まず基板上にレジストパターンを形成する。図３は、基板１０上にレジストパターン３０を形成したことを示す図である。レジストパターン３０の形成後にはＡｕを形成する。図４は、Ａｕを形成したことを示す図である。Ａｕは、蒸着法により形成される。基板１０の上にはＡｕ電極１２が形成され、レジストパターン３０の上にはＡｕ電極３２が形成される。Ａｕ電極１２及び３２は多結晶である。なお、Ａｕの形成には、蒸着以外にもスパッタリング法、電解めっき、あるいは無電解めっきを用いてもよい。
【００１４】
次いで、レジストパターン３０上のＡｕ電極３２をリフトオフする。リフトオフとは、レジストパターン３０を有機溶剤中に浸漬してレジストパターン３０を剥がし、Ａｕ電極３２も除去することである。図５は、リフトオフしたことを示す図である。リフトオフを終えると、基板１０上にはＡｕ電極１２が残る。Ａｕ電極１２は半導体装置の電極となる部分である。リフトオフ後のＡｕ電極１２の表面粗さＲａは０．００９μｍである。
【００１５】
次いで、Ａｕ電極１２の表面を粗化する。ここでは、ヨウ素：ヨウ化カリウム：水が５：２０：７５であるヨウ素ヨウ化カリウム溶液を用いてＡｕ電極１２の表面をウェットエッチングする。すなわち、ヨウ化カリウム濃度を２０％以下としたヨウ素ヨウ化カリウム溶液でウェットエッチングを実施する。このウェットエッチングは、エッチングレートが０．１μｍ／ｍｉｎである。このウェットエッチングを５分間継続することによりＡｕ電極１２の表面粗さＲａは０．２４６μｍとなり、かつＡｕ電極１２の表面に１〜１０μｍ径のランダムな方向に伸びる複数の穴が形成される。図６は、Ａｕ電極１２の表面が粗化されたことを示す図である。
【００１６】
次いで、Ａｕ電極１２の表面に有機高分子膜であるポリイミド膜を形成する。ポリイミド膜は、基板１０（通常円形で直径2インチ〜8インチ程度）を１０００〜３０００ｒｐｍ程度の速さで回転させた状態で、基板１０表面にポリアミック酸溶液を塗布し、均一に塗り広げる。その後、２００℃〜４００℃程度で1時間ほどキュアを行いポリイミド膜として形成する。図７は、ポリイミド膜１４を形成したことを示す図である。図７の破線部を拡大した図が図１である。
【００１７】
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法によれば、Ａｕ電極１２の表面に小さい穴１４ａを形成して、表面粗さＲａを０．２４６μｍまで高めることができる。また、Ａｕ電極１２に大きい穴１２ｂも形成することができる。そして、これら小さい穴１４ａ及び大きい穴１４ｂを埋めるようにポリイミド膜１４が形成されているので、十分なアンカー効果によりポリイミド膜１４をＡｕ電極１２に密着させることができる。
【００１８】
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、Ａｕ電極１２のウェットエッチのエッチングレートを低くして、Ａｕ電極１２に小さい穴１２ａと大きい穴１２ｂを形成している。このことについて理解を容易にするため、比較例について説明する。比較例の半導体装置の製造方法は、ヨウ素：ヨウ化カリウム：水が５：４５：５０であるヨウ素ヨウ化カリウム溶液を用いて０．５分間のウェットエッチングを行う点が本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法と相違する。図８は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法と比較例の半導体装置の製造方法を比較した表である。本発明の実施の形態１ではエッチングレートを０．１μｍ／ｍｉｎと低くしたのに対し、比較例ではエッチングレートを１μｍ／ｍｉｎと高くした。
【００１９】
ここで、本発明の実施の形態１の場合でも比較例の場合でも、ウェットエッチ処理前のＡｕ電極の表面粗さＲａは０．００９μｍである。比較例ではウェットエッチ後のＡｕ電極の表面粗さＲａは０．０５０５μｍに過ぎない。一方本発明の実施の形態１の場合はＡｕ電極の表面粗さＲａが０．２４５μｍまで上昇する。また、比較例では１〜１０μｍ径のランダムな方向に伸びる複数の穴（大きな穴）は形成されないが、本発明の実施の形態ではこれらが形成される。
【００２０】
図９は、本発明の実施の形態１に係るウェットエッチ処理後のＡｕ電極表面のＳＥＭ写真（Ａ）と比較例のウェットエッチ処理後のＡｕ電極表面のＳＥＭ写真（Ｂ）である。ＳＥＭ写真の比較から、比較例よりも本発明においてＡｕ電極の表面を粗くできることが分かる。すなわち、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、比較例の方法と比較して、アンカー効果を高めることができる。
【００２１】
ところで、Ａｕ電極１２は多結晶であるため、結晶面方位の異なる結晶粒ごとにエッチングのスピードがまちまちである。すなわち、速くエッチングされる結晶粒（結晶粒Ａとする）とゆっくりエッチングされる結晶粒（結晶粒Ｂとする）が存在する。本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、Ａｕ電極１２のエッチングレートを低くし、その分エッチング時間を長くとることで、結晶粒Ａのエッチングが十分進むようにした。その結果、結晶粒Ａが深くエッチングされて大きな穴１４ｂを形成できる。
【００２２】
本発明の実施の形態１に係る半導体装置と、比較例の半導体装置とに膜剥がし試験を実施した。図１０は、膜剥がし試験について示す図である。膜剥がし試験は、エポキシ樹脂３６によりポリイミド膜１４とスタッド３８を接着し、スタッド３８を上方（矢印方向）に引っ張る方法である、セバスチャン法と呼ばれるものである。スタッド３８を引っ張ることによりポリイミド膜１４がＡｕ電極１２から剥がれた場合（図１０左側）を、「ポリイミド膜剥がれ」と称する。ポリイミド膜剥がれが起きたときのスタッド３８にかけられた力は、ポリイミド膜１４のＡｕ電極１２への付着力を反映している。一方スタッド３８がエポキシ樹脂３６から剥がれてしまった場合（図１０右側）を「接着剤剥がれ」と称する。接着剤剥がれが起きたときは、ポリイミド膜１４の付着力が測定できていない。
【００２３】
図１１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法で製造された１０個のサンプル、及び比較例の製造方法で製造された１０個のサンプルを対象とした膜剥がし試験の結果を示す表である。本発明のサンプルでは３枚のサンプルでポリイミド膜１４の付着力が測定でき、比較例のサンプルでは６枚のサンプルでポリイミド膜１４の付着力が測定できた。図１２は、本発明のポリイミド膜１４の付着力と比較例のポリイミド膜１４の付着力を示すグラフである。このグラフから、本発明では３枚とも５００ｈｆｇ／ｃｍ２以上の剥がれ強度が得られたが、比較例では６枚中２枚のサンプルで４００ｈｆｇ／ｃｍ２以下の剥がれ強度となった。よって、本発明の方がポリイミド膜をＡｕ電極に密着させることができる。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は様々な変形が可能である。本発明は金属表面を粗化するために行われるウェットエッチングのエッチングレートを制御して十分に表面を粗くするものである。従って、例えばＡｕ金属の表面粗さＲａは０．２４６μｍ未満でもよい。しかしながら、十分なアンカー効果を得るためには、表面粗さＲａが０．０５１μｍより大きいことが好ましい。なお、十分なアンカー効果を得るためには、Ａｕ電極１２の表面に１〜１０μｍ径のランダムな方向に伸びた穴を形成することは必須である。
【００２５】
Ａｕ電極１２に代えて他の金属で電極を形成してもよい。たとえば、金、銅、アルミニウム又は白金などの反応性の低い金属を用いても本発明の効果を得ることができる。また、粗化の対象となる金属は必ずしも電極でなくても良い。例えば、金属表面の装飾に絶縁性皮膜を用いる場合にも、本発明の方法で金属表面を粗化するとよい。
【００２６】
ポリイミド膜１４はスプレーを用いて形成してもよい。高い段差がある表面にポリイミド膜を形成する場合には、スプレーを用いることが有効である。
【００２７】
ポリイミド膜１４に代えて他の絶縁膜を形成してもよい。たとえば、有機高分子膜、シリコン酸化膜、又はシリコン窒化膜のいずれかの絶縁膜を用いても本発明の効果を得ることができる。シリコン酸化膜やシリコン窒化膜は、一般にプラズマＣＶＤなどの方法を用いて形成する。プラズマＣＶＤなどの方法を用いた場合、成膜が等方的に進行し粗化した金属表面の細かい隙間にも絶縁膜を形成できるため、十分なアンカー効果を得ることができる。
【００２８】
金属表面のウェットエッチングにはヨウ素ヨウ化カリウム溶液を用いたが本発明はこれに限定されない。金属が金であれば、ヨウ素系エッチング液や、王水を用いても良い。その他、ウェットエッチの対象となる金属との組合せで自由に選んでよい。
【００２９】
本発明の実施の形態１ではエッチングレートを０．１μｍ／ｍｉｎとしてＡｕ電極をウェットエッチした。しかしながら、エッチングレートを１．０μｍ／ｍｉｎ未満とすれば、Ａｕ電極の表面を十分に粗化して本発明の効果を得ることができる。
【００３０】
Ａｕ電極形成後であってリフトオフ前にＡｕ電極の表面を粗化してもよい。こうすることでエッチング液が基板１０に触れづらくする効果がある。
【００３１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法は、多層配線構造の各層の配線の表面を粗化して、層間絶縁膜との密着性を高める。図１３は、多層配線構造の各層の配線の表面を粗化したことを示す断面図である。Ａｕ配線４０、及び４４には前述の実施の形態１に係るウェットエッチングが施されている。そのためＡｕ配線４０、及び４４の表面は十分粗化されており、層間絶縁膜４２、及び４６はそれぞれＡｕ配線４０、及び４４に密着している。また、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法は少なくとも実施の形態１と同程度の変形は可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  基板、  １２  Ａｕ電極（金属）、  １２ａ  小さい穴、  １２ｂ  大きい穴、  １４  ポリイミド膜（絶縁膜）、  ３０  レジストパターン
【図１】
0005817183.tif 000002
【図２】
0005817183.tif 000003
【図３】
0005817183.tif 000004
【図４】
0005817183.tif 000005
【図５】
0005817183.tif 000006
【図６】
0005817183.tif 000007
【図７】
0005817183.tif 000008
【図８】
0005817183.tif 000009
【図９】
0005817183.tif 000010
【図１０】
0005817183.tif 000011
【図１１】
0005817183.tif 000012
【図１２】
0005817183.tif 000013
【図１３】
0005817183.tif 000014