(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位素子を構成する基板および該基板上に設けられた複数の電極パッド上を被覆して形成されるリフトオフマスクであって、前記電極パッドが前記基板の端部近傍に位置しており、
目的薄膜パターンを形成するための開口部と、
目的薄膜パターンを形成しない薬液流入用の少なくとも一つの開口部と
を備え、
前記リフトオフマスクの中央部に前記目的薄膜パターンを形成するための開口部が配置され、前記目的薄膜パターンを形成するための開口部と、前記電極パッドを被覆するリフトオフマスクの領域との間に、前記薬液流入用の少なくとも一つの開口部が配置されるリフトオフマスク。
【請求項２】
前記薬液流入用の少なくとも一つの開口部が、前記目的薄膜パターンを形成するための開口部と離間して、かつ、前記目的薄膜パターンを形成するための開口部の外周縁を取り囲んで設けられる請求項１に記載のリフトオフマスク。
【請求項３】
前記電極パッドを被覆するリフトオフマスクの領域と前記基板端部を被覆するリフトオフマスクの領域との間に、前記薬液流入用の少なくとも一つの開口部がさらに配置される請求項１または２に記載のリフトオフマスク。
【請求項４】
単位素子を構成する基板もしくは所定の層上に成膜し、該膜をパターニングして、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリフトオフマスクを形成する工程と、
前記リフトオフマスク上に薄膜を形成する工程と、
前記リフトオフマスクに薬液を流入させるリフトオフ処理工程と
を備える半導体素子またはＭＥＭＳ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフトオフマスク並びにそれを用いて製造された半導体素子およびＭＥＭＳ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子等には、基板に薄膜パターンを形成する製造プロセスにてリフトオフマスクが用いられる。このようなリフトオフマスクは、目的とする薄膜パターンに対応する開口部を備えて形成される。そして、目的薄膜パターンおよび薄膜の成膜後に、リフトオフマスクを選択的に除去する薬液（以下、エッチング液ともいう）により、前記リフトオフマスクの上部に形成された薄膜とともに除去される（以下、リフトオフ処理工程ともいう）。
【０００３】
図４は、従来のリフトオフ処理工程を説明するための、リフトオフマスク１００を載置した基板２００の一例を示す模式的な平面図である。リフトオフマスク１００は、半導体素子またはＭＥＭＳ素子の機能に必要な目的薄膜パターンを有する目的薄膜を形成する位置に対応した開口部１００ａを備え、かつ、基板２００表面およびその周縁部に設けた複数の電極パッド３００を覆うように基板２００に載置される。
【０００４】
図５は、図４のリフトオフマスクにさらに上記目的薄膜を構成する層４００を形成した積層体のＢ−Ｂ線断面を説明する模式図である。目的薄膜４０１が開口部１００ａを介して基板２００上に形成され、除去される薄膜４０２がリフトオフマスク１００の上部に形成される。また、目的薄膜４０１とそれが形成される基板２００とが段差部を形成する。リフトオフマスク１００のみを除去する薬液を開口部から流入させると、薬液は、図中の矢印の向き、すなわち、基板中央部から端部へ向かう。これにより、リフトオフマスク１００および薄膜４０２を除去する。リフトオフ処理工程後には、前記段差部の側面から近傍までの基板２００上および電極パッド３００上に、薬液またはリフトオフマスク１００の組成に起因する残渣物１００ｒが生ずることがあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術による方法では、リフトオフ処理工程の時間が長くなるとともに、薬液の劣化によりリフトオフマスクに対する除去能が低下するという問題があった。また、残渣物が、目的薄膜の側面または近傍および電極パッド等に残留した結果、その残渣物が存在することにより製造中の基板に異物が付着するという問題があった。
【０００６】
前記課題に照らして、本発明は、薬液のマスクの除去能を維持しつつ、リフトオフ処理工程の時間を短縮し、かつ、残渣物が生じにくいリフトオフマスク並びにそれを用いて製造された半導体素子及びＭＥＭＳ素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、一実施形態によれば、リフトオフマスクである。本発明に係るリフトオフマスクは、目的薄膜パターンを形成するための開口部と、目的薄膜パターンを形成しない薬液流入用の少なくとも一つの開口部とを備える。
【０００８】
前記リフトオフマスクにおいて、前記薬液流入用の少なくとも一つの開口部は、前記目的薄膜パターンを形成するための開口部と離間して、かつ、前記目的薄膜パターンを形成するための開口部の外周縁を取り囲んで設けられることが好ましい。
【０００９】
前記リフトオフマスクは、単位素子を構成する基板および該基板上に設けられた複数の電極パッド上を被覆して形成される前記リフトオフマスクであって、前記電極パッドが前記基板の端部近傍に位置しており、その中央部に前記目的薄膜パターンを形成するための開口部が配置され、前記目的薄膜パターンを形成するための開口部と、前記電極パッドを被覆するリフトオフマスクの領域との間に、前記薬液流入用の少なくとも一つの開口部が配置されることが好ましい。
【００１０】
前記リフトオフマスクにおいて、前記電極パッドを被覆するリフトオフマスクの領域と前記基板端部を被覆するリフトオフマスクの領域との間に、前記薬液流入用の少なくとも一つの開口部がさらに配置されることが好ましい。
【００１１】
本発明は、また別の実施形態によれば、半導体素子またはＭＥＭＳ素子の製造方法である。本発明に係る半導体素子またはＭＥＭＳ素子の製造方法は、単位素子を構成する基板もしくは所定の層上に成膜し、該膜をパターニングして、前述のいずれかのリフトオフマスクを形成する工程と、前記リフトオフマスク上に薄膜を形成する工程と、前記リフトオフマスクに薬液を流入させるリフトオフ処理工程とを備える。
【００１２】
本発明は、また別の実施形態によれば、前記リフトオフマスクを用いて製造された半導体素子またはＭＥＭＳ素子である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、薬液のマスクの除去能を維持しつつ、リフトオフ処理工程の時間を短縮することができる。特に、メタルマスクの場合、電極パット上に生じやすいエッチング由来の残渣物の可能性を低減される。また、レジストマスクの場合、基板上の段差部の側面から近傍にレジスト材が残る可能性が低減される。また特には、基板表面積に対して目的薄膜の面積が小さく、リフトオフ処理工程により除去される部分が大きい場合に有用なリフトオフマスク並びにそれを用いて製造された半導体素子およびＭＥＭＳ素子を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るリフトオフマスクが形成された素子基板を示す模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係るリフトオフマスクを用いた半導体素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法について、リフトオフマスクが形成された状態におけるリフトオフ処理工程を示す模式的な断面図である。
【図４】図４は、従来のリフトオフマスク形成の一例を示す模式的な平面図である。
【図５】図５は、図４のリフトオフマスクに目的薄膜を形成した積層体のＢ−Ｂ線断面におけるリフトオフ処理工程の一例を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態によって限定されない。
【００１６】
[リフトオフマスク]
本発明は、一実施形態によればリフトオフマスクである。以下の説明は、リフトオフマスクが電極パッドを備える基板上に他の層を介することなく設けられる実施形態について説明する。本実施形態のリフトオフマスクは、目的薄膜パターンを形成するための開口部と、薬液流入用の少なくとも１つの開口部であって、目的薄膜パターンを形成しない開口部とを少なくとも備える。
【００１７】
図１は、単位素子を構成する基板２に載置したリフトオフマスク１の模式的な平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図１中、基板２は、略方形状を有し、そのリフトオフマスク形成面の四隅の近傍に離間して埋め込んだ４つの略方形状の電極パッド３を備える。図２を参照すると、基板２のリフトオフマスク形成面と電極パッド３のリフトオフマスク形成面は、同一平面をなす。なお、「リフトオフマスク形成面」とは、リフトオフマスク１に被覆される基板２もしくは電極パッド３の面をいう。本実施形態によるリフトオフマスクは、複数の単位素子を構成する基板２から構成されるさらに大きな基板上に設けることができるが、説明の便宜上、図１では単位素子を構成する基板２上のリフトオフマスク１の構成を例示している。
【００１８】
リフトオフマスク１は、リフトオフ処理工程に用いる薬液に可溶な金属材料またはレジスト材料から構成されるマスクであって、所定の厚みを有し、かつ、基板２の外形を少なくとも覆う略方形状の形状からなる。図１中、リフトオフマスク１は、基板２および基板２上の端部近傍に位置して設けられた複数の電極パッド３の表面を被覆して形成されている。リフトオフマスク１は、第一開口部１ａと、第二開口部１ｂと、任意選択的に第三開口部１ｃとを備えている。図２に示す開口部１ａ〜１ｃは、リフトオフマスク１を貫通しており、これらにより基板２の表面が露出している。
【００１９】
以下、各開口部について説明する。各開口部の形成位置は、リフトオフマスクにより被覆される面を有する基板２と、電極パッド３と、その他の図示しない部材との関係で好ましくは決定される。
【００２０】
第一開口部１ａは、略方形状の開口領域を有し、目的薄膜パターンを形成するためにリフトオフマスク１の略中央部に設けられている。また、第一開口部１ａは、電極パッド３に接触しない位置にある。なお、開口部が、下層の特定の部材と接触しないときとは、開口部が特定の部材上に位置することなく、開口部により形成される薄膜が下層の特定の部材と接触しないことをいう。第一開口部１ａの形状および寸法は、目的薄膜の形状に適合するように決定することができ、特定の形状に限定されない。本明細書において、目的薄膜パターンとは、リフトオフマスク１により基板２上に形成されて、半導体素子、ＭＥＭＳ素子等の単位素子の一部として特定の電気的作用を担う、薄膜の形状をいう。
【００２１】
第二開口部１ｂは、所定の幅を有する口の字形状であり、第二開口部１ｂは、主として、薬液流入のためにリフトオフマスク１に設けられている。そして、これにより、本来の目的に不要な、すなわち、半導体素子、ＭＥＭＳ素子等の単位素子の一部として特定の電気的作用を担うことのない薄膜パターンを形成しうる。第二開口部１ｂは、第一開口部１ａと離間し、かつ、その外周縁を取り囲んで設けられている。また、図２中、第二開口部１ｂは、基板２および複数の電極パッド３上を被覆した状態のリフトオフマスク１を平面視した場合に、第一開口部１ａと電極パッド３を被覆する領域との間に設けられ、第二開口部１ｂが電極パッド３上に設けられることはない。さらに、第二開口部１ｂは、半導体素子またはＭＥＭＳ素子等の単位素子の機能を阻害しない位置、例えば、外部または内部の電源電圧の供給および／または信号の送受信を行うリード線および電極パッド３の位置に存在しない位置に設けられる。
【００２２】
これらの下層との位置関係を満たすように開口部の形状および寸法を適宜決定することができる。図示する第二開口部１ｂは連通しており、また直線で構成される形状であるが、第二開口部１ｂの形状は、Ｏ字状、Ｉ字状、Ｌ字状、Ｕ字状、あるいは、その組み合わせからなる形状であってもよく、連通していない複数の開口部であってもよい。
【００２３】
第三開口部１ｃは、所定の幅を有する口の字形状であり、任意選択的に薬液流入のためにリフトオフマスク１に設けることができる。第三開口部１ｃも同様に、本来の目的に不要な薄膜パターンを形成しうる。第三開口部１ｃは、第二開口部１ｂの外周縁から離間して、かつ、これを取り囲んで設けられる。また、図１中、第三開口部１ｃは、基板２および複数の電極パッド３上を被覆した状態のリフトオフマスク１を平面視した場合に、電極パッド３を被覆するリフトオフマスク１の領域と、基板２端部を被覆するリフトオフマスク１の領域との間に設けられる。さらに、第三開口部１ｃも、半導体素子またはＭＥＭＳ素子等の単位素子の機能を阻害しない位置に設けられる。第三開口部１ｃの形状および寸法は、図示する特定の形状に限定されず、第二開口部１ｂと同様に決定することができる。第三開口部１ｃの形状は第二開口部１ｂの形状と相似形であることが好ましい。なお、「基板端部を被膜するリフトオフマスクの領域」とは、基板の端部およびその近傍を被膜したリフトオフマスク１の領域をいう。
【００２４】
なお、開口部の数は、図示した数に限定されない、半導体素子またはＭＥＭＳ素子等の単位素子の機能を阻害しない範囲で、第二開口部もしくは第三開口部を形成する領域に、薬液流入のための第四、第五開口部を形成してもよい。
【００２５】
このような構造的特徴を備えるリフトオフマスクの材料および製造方法については、リフトオフマスクを用いた半導体素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法において、詳述する。
【００２６】
[リフトオフマスクを用いた半導体素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法]
以上の構成を備える本発明に係るリフトオフマスクを用いた半導体素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する。本発明の一第実施形態による半導体素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法は、単位素子を構成する基板もしくは所定の層上に成膜し、該膜をパターニングして、リフトオフマスクを形成する工程と、前記リフトオフマスク上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜に薬液を流入させるリフトオフ処理工程とを少なくとも含む。
【００２７】
リフトオフマスク形成工程は、基板２もしくは所望の層上に成膜、パターニングして、前述した構成のリフトオフマスク１を形成する工程である。前述の構成では、基板２上にリフトオフマスク１が設けられる形態について説明したが、層間絶縁膜を挟む積層構造体の最上層にリフトオフマスク１が形成されてもよい。リフトオフマスクがメタルマスクの場合、蒸着等の通常の成膜法により、基板２上に金属膜を成膜する。あるいは、リフトオフマスクがレジストマスクの場合、フォトリソグラフィ等の成膜法により、基板２上にレジスト膜を成膜する。続いて、前記金属膜またはレジスト膜をパターニングすることにより、所定の開口部を有するリフトオフマスクを形成する。リフトオフマスクがメタルマスクの場合、レーザ法等の通常の加工法により、前記金属膜をパターニングする。あるいは、リフトオフマスクがレジストマスクの場合、フォトリソグラフィ等の露光法および現像法により、レジスト膜をパターニングする。
【００２８】
リフトオフマスク１は、通常のリフトオフマスクに用いられる材料、例えば、金属材料あるいはレジスト材料により構成されていてもよい。金属膜の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の金属材料またはこれらのうち一以上を備えてなる積層体が挙げられるが、特定の材料には限定されない。また、レジスト材料としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＮ)等のレジスト材料またはこれらのうち一以上を備えてなる積層体が挙げられるが、特定の材料には限定されない。
【００２９】
続く薄膜を形成する工程は、リフトオフマスク１の上方より、従来の成膜法により、基板２およびリフトマスク１上に目的薄膜を含む薄膜４を形成する工程である。薄膜を形成する成膜法としては、ＰＶＤ法等の被覆法が挙げられる。
【００３０】
薄膜４は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）等の金属元素およびその金属酸化物、これらの複合酸化物、これらの積層体またはこれらからなる半導体材料であってよいが、これらには限定されない。
【００３１】
図３は、本発明に係るリフトオフマスク１が形成された状態における、半導体素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法における薄膜形成工程およびリフトオフ処理工程を説明する模式的な断面図である。薄膜形成工程により、基板２上に、第一開口部１ａの形状に対応した目的薄膜パターンを有する薄膜４１が形成される。目的薄膜４１は、半導体素子、ＭＥＭＳ素子等の単位素子の一部として機能する。
【００３２】
また、第一開口部１ａと第二開口部１ｂとの間のリフトオフマスク１上に薄膜４２が形成され、第二開口部１ｂと第三開口部１ｃとの間のリフトオフマスク１上に薄膜４３が形成され、第三開口部１ｃと基板２の端部との間のリフトオフマスク１上に薄膜４４が形成される。これらの薄膜は、リフトオフ処理工程により、リフトオフマスク１とともに除去される。
【００３３】
また、基板２上に、リフトオフマスク１の第二開口部１ｂを介して、第二開口部１ｂの形状に対応した薄膜パターンを有する薄膜４５が形成される。さらに、任意選択的に、第三開口部１ｃが存在する場合には、第三開口部１ｃの形状に対応した薄膜パターンを有する薄膜４６が形成される。薄膜４５および薄膜４６は、半導体素子、ＭＥＭＳ素子等の単位素子と電気的に関連付けられることはなく、半導体素子の機能を阻害しない位置にある。そしてこれらの薄膜４が形成された後、リフトオフマスク１の第一開口部１ａ、第二開口部１ｂおよび第三開口部１ｃに起因して、薄膜４にも開口部４ａ、開口部４ｂおよび開口部４ｃが形成される。
【００３４】
続くリフトオフ処理工程では、薄膜形成工程により形成された積層体に薬液を適用する。図３を参照すると、薄膜４の開口部４ａ〜４ｃから流入した薬液は、接触したリフトオフマスク１のみを選択的に溶解させて除去する。
【００３５】
リフトオフマスク１を除去する薬液は、リフトオフマスクの材料および目的薄膜の材料との関係から当業者が適宜決定することができる。リフトオフマスク１がメタルマスクである場合、薬液としては、燐硝酢酸（Ｈ３ＰＯ４／ＨＮＯ３／ＣＨ３ＣＯＯＨ／Ｈ２Ｏ）等が挙げられる。リフトオフマスク１がレジストマスクである場合、有機アルカリからなる剥離液、例えばＴＭＡＨ（Ｎ(ＣＨ３)４ＯＨ）等が挙げられる。また、前記薬液は、経時的にエッチンググレードを維持するための従来の酸化剤または還元剤を含んでもよい。
【００３６】
本発明のリフトオフマスク１には、開口部が複数設けられているため、薬液の浸み込み経路が増加し、リフトオフマスクと薬液の接触面積も従来と比較して大きくなっている。例えば、開口部４ａから流入した薬液は、目的膜４１から薄膜４５へ向かう流れを形成する。開口部４ｂから流入した薬液は、薄膜４５から目的薄膜４１へ向かう流れと、薄膜４５から電極パッド３へ向かう流れを形成する。また、開口部４ｃから流入した薬液は、薄膜４６から電極パッド３へ向かう流れと、薄膜４６から基板の端部へ向かう流れを形成する。すなわち、図５における従来技術と比較して、開口部４ｂおよび開口部４ｃが存在する場合は、少なくとも二方向からリフトオフマスク１の除去が可能となる。また、図示しないが、図３の紙面手前および紙面後方へ向かう薬液の流れが存在し、これらの流れの全てが相まって、薬液によるリフトオフマスク１の除去を促進することができる。
【００３７】
また、目的薄膜４１と基板２とが形成する段差部、薄膜４５と基板２とが形成する段差部、薄膜４６と基板２とが形成する段差部および電極パッド３には、開口部４ａ〜４ｃから流入した薬液が回り込む。これにより、段差部の側面およびその近傍並びに電極パッド３上に残渣を残すことなく、リフトオフ処理工程を行うことができる。
【００３８】
素子製造工程終了後、従来のワイヤボンディング、ワイヤレスボンディング等の方法により、実装工程を行うことができる。この実装工程は、従来の実装装置を用いて、目的薄膜４１、外部または内部の電源若しくは回路と電極パッド３とをリード線を介して接続することにより、実施できる。リフトオフ処理工程により、電極パッド３上の残渣物が完全に除去されているため、実装工程におけるボンディング強度のバラつきを低減できる。ワイヤレスボンディングにより実装すれば、前記電源若しくは前記回路と電極パッド３との間の接触抵抗が安定するため、好ましい。
【００３９】
本発明は、別の局面によれば、リフトオフマスクを用いて製造された半導体素子またはＭＥＭＳ素子である。上記のリフトオフマスク形成工程、薄膜形成工程および任意選択的なボンディング工程は、半導体素子もしくはＭＥＭＳ素子を製造する方法において含むことができ、また本発明はこれらの方法により製造された半導体素子もしくはＭＥＭＳ素子を包含する。これらの素子は、目的薄膜以外に、これらの素子の機能に直接関係することがなく、かつ、これらの素子の機能を阻害しない薄膜を備えて構成される。このような半導体素子もしくはＭＥＭＳ素子は、電極パッド上や基板にリフトオフマスクの残渣等が少なく、異物を含まない素子となっている。
【００４０】
ここで、本発明が解決した課題をより詳細に説明する。例えば、リフトオフマスクがメタルマスクの場合、エッチング液（薬液）は、リフトオフマスク上に形成された開口部の隙間から、リフトオフマスクをエッチング（除去）しながら進入、すなわち浸み込んでいく。この時、薬液の浸み込み経路が長くなると、浸み込みに時間がかかり、また、エッチング液中の酸化剤が消耗して除去能が低下する。これにより、リフトオフ処理工程の処理に時間がかかり、かつ、エッチング液の液組成が変化するために正常なエッチング反応が行えなくなり、基板側にエッチング残渣等の異物が残留しやすくなるという問題があった。特に、基板側にボンディングパッド等の金属の電極パッドがある場合、ボンディング強度のばらつきや基板全体として、異物が付着しやすくなるという問題があった。また、例えば、リフトオフマスクがレジストマスクの場合も、メタルマスクの場合と同様に、薬液の浸み込み経路が長いため、リフトオフ処理工程に時間がかかり、また、目的薄膜と基板の段差部では薬液の回り込みが遅くなり、レジスト材料が残りやすくなるという問題があった。
【００４１】
これに対して、本発明の方法によれば、前述した実施形態の構成を備えるリフトオフマスクを用いることで、浸み込み経路を短縮し、リフトオフ処理の処理時間を短くすることができる。また、基板上の薬液の回り込みが良くなるため、常に新鮮な薬液を供給することができる。したがって、リフトオフ処理工程におけるエッチンググレードが維持され、リフトオフ処理工程の処理時間を短くすることができる。また、リフトオフマスクがメタルマスクの場合、エッチング残渣の可能性を低減することができる。さらにリフトオフマスクがレジストマスクの場合、リフトオフ処理工程後に段差部でレジスト材が残る可能性を低減することができる。
【００４２】
なお、前述した実施形態では、略方形状の基板および電極パッドを例示したが、本発明はこれに限定されない。基板の形状は、特定の形状に限定されない。また、電極パッドが存在しない基板、あるいは、図示した数および形状と異なる形態で電極パッドが設けられている基板であってよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係るリフトオフマスク並びにそれを備えた半導体素子およびＭＥＭＳ素子は、特に、ガスセンサ等の半導体センサに適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１、１００        リフトオフマスク
１ａ、１００ａ    第一開口部
１ｂ              第二開口部
１ｃ              第三開口部
２、２００        基板
３、３００        電極パッド
４、４２、４３、４４、４５、４６、４０２  薄膜
４ａ、４ｂ、４ｃ  開口部
４１、４０１      目的薄膜
４００            層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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