(57)【要約】【課題】電極側面のバリア層を効率的に形成すると共に、電極パターンの微細化が容易な半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】第１金属層１３を形成する工程と、第１金属層１３上に開口部１６を有するマスク１４を形成する工程と、マスク１４の開口部１６から露出する第１金属層１３に対しドライエッチングを行い、開口部１６の側面に第１金属層１３の一部を付着させる工程と、開口部１６の底面及び側面における第１金属層１３上に金属電極２９を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。【選択図】図３
2013211414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属層を形成する工程と、
前記第１金属層上に開口部を有するマスクを形成する工程と、
前記マスクの開口部から露出する前記第１金属層に対しドライエッチングを行い、前記開口部の側面に前記第１金属層の一部を付着させる工程と、
前記開口部の底面及び側面における前記第１金属層上に金属電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１金属層に対しエッチングを行う工程の後、前記開口部の底面及び側面に存在する前記第１金属層の表面に、第２金属層を形成する工程をさらに有し、
前記金属電極を形成する工程では、前記開口部における前記第２金属層上に前記金属電極を形成す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】
前記金属電極を形成する工程の後、前記金属電極の表面に第３金属層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２金属層、前記金属電極、及び前記第３金属層はメッキ法により形成され、前記マスクはメッキマスクとなることを特徴とする請求３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１金属層は、金またはパラジウムであり、前記第２金属層は、ニッケル、チタン、またはタンタルのいずれかであり、前記金属電極は、銅であることを特徴とする請求項３または４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１金属層に対しドライエッチングを行う工程は、アルゴンを含むプラズマエッチングまたはイオンミリングであることを特徴とする請求項１〜５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、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、基板上に電極を形成する際に、電極の腐食を防止するために、電極の表面にバリア層を形成し、電極の露出を防止する技術が知られている。電極及びバリア層は、例えば電解メッキにより形成することが可能である。特許文献１には、基板上にＣｕ電極をメッキを用いて形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７１８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電極及びバリア層の形成方法では、電極の上面及び底面はバリア層により覆い隠すことが可能であるが、電極の側面は外部に露出してしまうため、当該部分から電極の腐食が生じてしまうという課題があった。一方で、電極の側面にバリア層を形成しようとすると、工程数が大幅に増加してしまう等の課題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電極の側面にバリア層を効果的に形成することのできる半導体装置の製造方法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】
本発明は、第１金属層を形成する工程と、前記第１金属層上に開口部を有するマスクを形成する工程と、前記マスクの開口部から露出する前記第１金属層に対しドライエッチングを行い、前記開口部の側面に前記第１金属層の一部を付着させる工程と、前記開口部の底面及び側面における前記第１金属層上に金属電極を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【０００７】
上記構成において、前記第１金属層に対しエッチングを行う工程の後、前記開口部の底面及び側面に存在する前記第１金属層の表面に、第２金属層を形成する工程をさらに有し、前記金属電極を形成する工程では、前記開口部における前記第２金属層上に前記金属電極を形成する構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記金属電極を形成する工程の後、前記金属電極の表面に第３金属層を形成する工程をさらに有する構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第２金属層、前記金属電極、及び前記第３金属層はメッキ法により形成され、前記マスクはメッキマスクとなる構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記第１金属層は、金またはパラジウムであり、前記第２金属層は、ニッケル、チタン、またはタンタルのいずれかであり、前記金属電極は、銅である構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記第１金属層に対しドライエッチングを行う工程は、アルゴンを含むプラズマエッチングまたはイオンミリングである構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電極の側面にバリア層を効果的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１比較例に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図２】第２比較例に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図３】実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す図（その１）である。
【図４】実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す図（その２）である。
【図５】実施例１に係る半導体装置の断面模式図である。
【図６】第１変形例に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図７】第２変形例に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図８】第３変形例に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
最初に、比較例に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００１５】
図１は、第１比較例に係る半導体装置の製造工程を示す図である。最初に、図１（ａ）に示すように、基板８０上にＮｉ層８２及びＡｕ層８４をメッキにより順に形成し、その上に開口部を有するレジスト８６のパターンを形成する。更に、レジスト８６の開口部に、Ｃｕ層８８、Ｎｉ層９０、及びＡｕ層９２を、スパッタ、蒸着、メッキ等の方法により順に形成する。その後、図１（ｂ）に示すように、レジスト８６を剥離する。Ｃｕ層８８は、基板８０の表面における電極となる層である。Ｎｉ層８２、Ａｕ層８４、Ｎｉ層８２、及びＡｕ層９２は、Ｃｕ層８８の腐食を抑制するためのバリア層である。
【００１６】
第１比較例に係る半導体装置の製造方法によれば、電極となるＣｕ層８８の上面及び下面にはバリア層が形成されているが、Ｃｕ層８８の側面にはバリア層が形成されていないため、当該部分からの電極の腐食が生じやすくなっている。
【００１７】
図２は、第２比較例に係る半導体装置の製造工程を示す図である。最初に、第１比較例と同様に、基板８０上にＮｉ層８２及びＡｕ層８４をスパッタ、蒸着、メッキ等の方法により順に形成し、その上に開口部を有するレジスト８６のパターンを形成する（図２（ａ））。更に、レジスト８６の開口部に、電極となるＣｕ層８８をメッキにより形成する。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト８６を剥離する。続いて、図２（ｃ）に示すように、最初のレジスト８６より広い開口部を有するレジスト９４のパターンを形成し、レジスト９４の開口部におけるＣｕ層８８の上面及び側面を含む領域に、Ｎｉ層９６及びＡｕ層９８をメッキにより順に形成する。
【００１９】
比較例に係る半導体装置の製造方法によれば、電極となるＣｕ層８８の上面及び下面に加え、Ｃｕ層８８の側面にバリア層（Ｎｉ層９６及びＡｕ層９８）が形成されている。これにより、Ｃｕ層８８の側面からの腐食を抑制することができ、耐腐食性を向上させることができる。しかし、Ｃｕ層８８、Ｎｉ層９０、Ａｕ層９２を形成した後にレジスト８６を剥離し、再度レジスト９４のパターンを形成してＮｉ層９６及びＡｕ層９８のメッキを行っているため、Ｃｕ層８８の側面にバリア層を形成しない場合に比べ、工程数が大きく増加している。また、レジスト９４によるパターンは、レジスト８６によるパターンよりも開口部が大きく、Ｃｕ電極８８のパターンを微細化することが難しくなっている。
【実施例１】
【００２０】
図３〜図４は、実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す図である。最初に、基板１０の表面に、半導体層１１及び絶縁層１２を順に形成する。基板１０としては、例えばＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、サファイア等を用いることができる。半導体層１１としては、例えば窒化物半導体（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等）、Ｓｉ、ＧａＡｓ等を用いることができる。絶縁層１２としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、ポリイミド等を用いることができる。
【００２１】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁層１２の表面にシード層となる第１金属層１３を真空蒸着の方法により形成する（他に、スパッタ、メッキ等の方法により形成することもできる）。第１金属層１３には、例えば金（Ａｕ）またはパラジウム（Ｐｄ）等を用いることができる。第１金属層１３の厚みは、例えば２００ｎｍとすることができる。更に、第１金属層１３上に、電極パターンを作成するためのレジスト１４を形成する。レジスト１４は、電極パターンに対応した開口部１６を有し、後述する金属電極及びその保護層の形成工程においてマスクとして機能する。レジスト１４には、例えばフォトレジスト等を用いることができる。レジスト１４の厚みは、後述する第１金属層１３のエッチング工程において、第１金属層１３が付着可能な程度の高さであることが好ましく、その厚みは例えば３〜５μｍとすることができる。レジスト１４の開口部１６における底面を符号１５で、側面を符号１７でそれぞれ示す。
【００２２】
次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト１４の開口部１６から露出する第１金属層１３に対しドライエッチングを行い、これにより基板１０上の第１金属層１３の一部をレジスト１４の開口部１６の側面１７に付着（再堆積）させる。ドライエッチングは、例えば、アルゴン（Ａｒ）等を始めとする希ガス、塩素系ガス、フッ素系ガス等を用いたプラズマエッチング（ＲＩＥ、ＩＣＰ、ＥＣＲなどの何れかの手法）により行うことができる。エッチングの方法としては、化学的エッチングよりも、物理的なエッチング（例えば、イオンミリング等）を採用することが好ましい。開口部１６の側面１７（レジスト１４の側壁上）における第１金属層１３の厚みは、バリア層として十分な厚みとするために、例えば５０ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００２３】
次に、図３（ｄ）に示すように、レジスト１４の開口部１６における第１金属層１３（開口部１６における底面１５上及びレジスト１４の側面１７上に存在する第１金属層１３）の表面に、バリア層となる第２金属層１８をメッキ（電解メッキまたは無電解メッキ）により形成する。第２金属層１８には、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、及びタンタル（Ｔａ）のいずれかを用いることができる。第２金属層１８の厚みは、例えば１００ｎｍとすることができる。
【００２４】
次に、図４（ａ）に示すように、第２金属層１８の形成されたレジスト１４の開口部１６に、金属電極２０をメッキにより形成する。金属電極２０には、例えば銅（Ｃｕ）を用いることができる。金属電極２０の厚みは、例えば３〜５μｍとすることができる。
【００２５】
次に、図４（ｂ）に示すように、金属電極２０の表面に、金属電極２０を保護するためのバリア層となる第３金属層２２をメッキにより形成する。本実施例では、第３金属層２２として２つの金属層（下部金属層２４及び上部金属層２６）が、金属電極２０の側から順に積層された積層膜を用いているが、第３金属層２２の形態はこれに限定されるものではない。下部金属層２４には、第２金属層１８と同じニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、及びタンタル（Ｔａ）のいずれかを、上部金属層２６には、第１金属層１３と同じ金（Ａｕ）またはパラジウム（Ｐｄ）等を、それぞれ用いることができる。下部金属層２４の厚みは例えば１００ｎｍ、上部金属層２６の厚みは例えば１００ｎｍとすることができ、第３金属層２２の全体の厚みは例えば２００ｎｍとすることができる。
【００２６】
次に、図４（ｃ）に示すように、レジスト１４を剥離する。続いて、図４（ｄ）に示すように、基板１０上に形成された第１金属層１３のうち、金属電極２０が形成された領域以外に存在する第１金属層１３を、イオンミリング等により除去する。当該工程では、第１金属層１３に加え、第３金属層２２の表面もイオンミリングにより削られてしまう。従って、図４（ｂ）における第３金属層２２の形成工程においては、当該イオンミリングにより削られる分を考慮して、第３金属層２２を厚めに形成しておくことが好ましい。以上の工程により、実施例１に係る半導体装置が完成する。
【００２７】
図５は、実施例１に係る半導体装置の断面模式図である。基板１０上に、金属電極２０が形成されている。金属電極２０の下面及び側面は、第１金属層１３及び第２金属層１８により覆われている。金属電極２０の上面は、第３金属層２２（下部金属層２４及び上部金属層２６）により覆われている。これにより、金属電極２０が、水や空気等により腐食してしまうことを抑制することができる。なお、金属電極２０を保護するためのバリア層には、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁膜を用いる構成も知られている。しかし、ＳｉＮ等の絶縁膜は、膜質の緻密さの点で金属膜よりも劣るため、本実施例のように金属層を用いる構成の方が、耐腐食性の点で優れている。
【００２８】
以上、実施例１に係る半導体装置の製造方法によれば、基板１０上に形成された第１金属層１３の一部を、エッチングによりレジスト１４の側面１７に付着させるという方法で、金属電極２０の側面のバリア層（１３）を形成している。第１比較例と比較すると、金属電極２０の側面にバリア層（１３）が形成されているため、金属電極２０の腐食を更に抑制することができる。また、第２比較例のように、一度レジストを剥離して、再度レジストの形成を行ってから、電極側面のバリア層を形成するという煩雑な工程を行わなくともよい。更に、第２比較例のように、シード層とは別のバリア層（Ｎｉ層８２及びＮｉ層９６）を２回に分けて形成するのではなく、第２金属層１８の形成工程（図３（ｄ））にて１回で形成することができる。従って、第２比較例に係る半導体装置の製造方法に比べ、製造工程数を大幅に削減することができる。以上のように、実施例１に係る半導体装置の製造方法によれば、電極の側面にバリア層を効果的に形成することができる。
【００２９】
また、実施例１に係る半導体装置の製造方法によれば、バリア層を含む最終的な電極幅は、最初に形成したレジスト１４の開口部１６の幅と実質的に等しくなる。従って、第２比較例に比べ、基板１０上に形成される電極の幅を小さくすることができるため、電極パターンを微細化することができる。
【００３０】
実施例１では、第１金属層１３をレジスト１４の開口部１６の側面１７に付着させた後に、第２金属層１８の形成を行っているが、当該工程は省略することも可能である。第２金属層１８を形成しない場合、図３（ｃ）に示す工程の後、第１金属層１３（開口部１６における底面１５上及びレジスト１４の側面１７上に存在する第１金属層１３）上に金属電極２０を直接形成することになるため、工程数を更に削減することができる。ただし、第２金属層１８を形成した場合の方が、耐腐食性がより向上するという点で有利である。
【００３１】
実施例１では、金属電極２０を形成した後に、金属電極２０の表面に第３金属層２２の形成を行っているが、当該工程は省略することも可能である。第３金属層２２を形成しない場合、金属電極２０の表面が露出した状態で後続の工程（モールド等）を行うことになるため、製造工程数を更に削減することができる。ただし、第３金属層２２を形成した場合の方が、金属電極２０の耐腐食性がより向上するという点で有利である。
【００３２】
実施例１では、第１金属層１３をエッチングしてレジスト１４の開口部１６の側面１７に付着させた後に、第２金属層１８の形成を行っているが、このとき第１金属層１３の表面に、更に第１金属層１３によるメッキを施してもよい。
【００３３】
図６は、実施例１の変形例に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図６（ａ）は、図３（ｃ）に続く工程の図である。図示するように、エッチングにより第１金属層１３をレジスト１４の開口部１６の側面１７に付着させた後、第１金属層１３と同じ材質の金属層１３ａを、第１金属層１３の表面に形成している。その後、図３（ｄ）〜図４（ｄ）に示した工程と同様の方法で、第２金属層１８、金属電極２０、及び第３金属層２２の形成を行い、図６（ｂ）に示す半導体装置が完成する。これにより、金属電極２０の側面におけるバリア層（１３、１３ａ）の厚みを大きくすることができるため、耐腐食性を更に向上させることができる。当該工程は、図３（ｃ）に示すエッチング工程においてレジスト１４の開口部１６の側面１７に付着した第１金属層１３の厚みが十分でない場合（例えば、５０ｎｍより小さい場合）に行うことが好ましい。
【００３４】
実施例１では、第１金属層１３、第２金属層１８、金属電極２０、及び第３金属層２２を、それぞれメッキ（電解メッキまたは無電解メッキ）により形成しているが、これらの金属層はメッキ以外の方法（例えば、スパッタリング等）により形成することも可能である。なお、電解メッキを用いる場合、第１金属層１３に電流を流すことによりメッキを行うことが可能である。
【００３５】
実施例１では、第２金属層１８、金属電極２０、及び第３金属層２２の形成工程において、レジスト１４を共通のマスクとして用いている。これにより、金属電極２０及びそのバリア層の形成を、効率的に行うことが可能となっている。
【００３６】
実施例１では、基板１０の表面に半導体層１１及び絶縁層１２を形成し、その上に第１金属層１３を形成する例について説明したが、半導体層１１及び絶縁層１２を形成せずに、基板１０に第１金属層１３を直接形成してもよい。また、第１金属層１３と基板１０との間に、第１金属層１３とは別の材質の金属層を形成してもよい。例えば、金属電極２０のバリア層として機能する金属層（例えば、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等）を、第１金属層１３と基板１０との間に形成することで、金属電極２０の耐腐食性を更に向上させることができる。
【００３７】
図７及び図８は、上記の変形例を示す図である。図７は、半導体層１１及び絶縁層１２の形成を省略した例であり、図８は、第１金属層１３の下（絶縁層１２との間）に、第１金属層１３とは別の金属層１５を形成した例である。
【００３８】
実施例１では、基板１０の表面側（能動素子及び受動素子が形成される側）に金属電極２０を形成することを想定しているが、本実施例に係る半導体装置の製造方法は、基板１０の裏面側に金属電極を形成する場合にも採用することが可能である。
【００３９】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０      基板
１１      半導体層
１２      絶縁層
１３      第１金属層
１４      レジスト
１５      金属層
１６      開口部
１８      第２金属層
２０      金属電極
２２      第３金属層
２４      下部金属層
２６      上部金属層
【図１】
2013211414.tif 000003
【図２】
2013211414.tif 000004
【図３】
2013211414.tif 000005
【図４】
2013211414.tif 000006
【図５】
2013211414.tif 000007
【図６】
2013211414.tif 000008
【図７】
2013211414.tif 000009
【図８】
2013211414.tif 000010