JP2005158800A

JP2005158800A - 半導体装置の製造方法及びその製造方法により製造された半導体装置

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Publication number: JP2005158800A
Application number: JP2003390944A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Washio; 英俊鷲尾; Tatsuya Takamoto; 達也高本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2005-06-16
Also published as: AU2004231196B2; US20050110109A1; AU2004231196A1

Abstract

【課題】酸化工程や熱処理工程を行うことなく、微細パターン形成に適したリフトオフ法を用いて低抵抗金属半導体接触を密着性良く、かつ再現性良く形成することが可能な半導体装置の製造方法及びその製造方法により製造された半導体装置を提供する。
【解決手段】レジスト膜形成後のフォトリソグラフィ技術等を利用したパターンニングを行った後に、エッチャントによって結晶１の露出部分の表面を微量にエッチング除去する。これにより、結晶１上に残存する有機物薄膜は、結晶表面と共にエッチング除去される。その結果、極めて清浄化された結晶１表面に対して金属膜４を形成することが可能になり、金属膜４の密着性を良好に確保できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及びその製造方法により製造された半導体装置に係る。特に、本発明は、エピタキシャル層上や結晶上に金属配線等の微細パターンを形成する場合に、その金属材料の密着性を良好に確保するための対策に関する。

従来より、半導体集積回路や太陽電池等の電極形成に用いられる金属配線パターン形成方法としては種々のものが知られている。その中でもリフトオフ法が主に使われている。

図２（ａ）〜（ｅ）は、従来のリフトオフ法を説明するための構造断面図であって、この手法では、半導体結晶上もしくは結晶表面に成長したエピタキシャル層上に金属配線材料の第一層として例えばＴｉやＡｕＧｅが用いられる。

図中の符号ａはＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ等の半導体結晶で、その上面にレジスト材料ｂを１００〜２００ｎｍ程度塗布し（図２（ｂ）参照）、レジスト膜形成後に通常のフォトリソグラフィ技術によってレジストパターンを形成する（図２（ｃ）参照）。図中の符号ｃはフォトリソグラフィ工程によって窓開けされた部分であり、この部分に金属配線パターンｄが形成されることになる。つまり、上記レジストパターンが形成された後に、例えば電子ビーム蒸着によって図中の符号ｅで示すＴｉやＡｕＧｅを第一層とした金属材料が半導体結晶上もしくは結晶表面に成長したエピタキシャル層上の全面に蒸着形成される（図２（ｄ）参照）。また、リフトオフ工程により窓開けされたレジストｂの窓開け部分ｃは通常図２（ｄ）に示すように逆テーパー状に側壁が形成されるため、溶液に浸潤させることによってレジストｂが剥離され、図２（ｅ）に示すように、所望の金属パターンｄのみが結晶上もしくはエピタキシャル層上に残ることになる。

しかしながら、下記の特許文献１に開示されているように、これらの工程では、通常レジストパターン形成のために現像処理工程を行った後であっても極薄有機物層が残存していることがオージェ電子分光測定から明らかとなっている。

発明者の知見によれば、結晶上もしくは結晶表面に成長したエピタキシャル層上の極薄有機物層の割合が大きい場合には、金属パターンｄの密着性が非常に悪くなり、リフトオフによってレジストｂを剥離する際に、金属配線となるべき金属パターンｄも結晶上もしくはエピタキシャル層上から剥離してしまって所望の金属パターンが形成できなくなる可能性がある。

また、通常の合金化あるいは熱処理を伴う金属半導体接触では熱処理工程を実施するが、金属と、半導体結晶もしくは結晶上に成長したエピタキシャル層との間の極薄有機物層からガスが発生するなどして、密着性に悪影響を及ぼすことがある。また、特許文献１によれば、上記極薄有機物層は熱処理いわゆるシンターリング工程を経た試料であってもなくなることはないとされており、この残存した極薄有機物層によって接触抵抗の増大を招来してしまう。

このように、金属半導体接触界面のリフトオフ工程に伴う極薄有機物膜の存在は、金属半導体接触の接触抵抗を増大し、密着性を劣化させ、さらには素子本来の優れた特性を引き出すことを妨害することになる。

そこで、下記の特許文献２では、フォトリソグラフィ工程によって窓開けされた部分（図２における符号ｃ部分）にオゾンを照射し、極薄有機物層を化学的に除去するとともに、オゾンの酸化力を利用して現像領域の半導体表面を酸化し、その後でオゾンにより形成された酸化膜を極薄有機物層と共にエッチング除去するという方法が提案されている。また特許文献１では、金属膜を形成する前にレジストパターンに対して低温酸化を実施することにより、レジスト現像処理後でも極薄く半導体結晶上に残存する有機物薄膜を除去し、かつ、レジストパターンは劣化させずに良好なリフトオフ特性を得ることができる方法が提案されている。
特許第３４０７１４６号公報特開平５−３４３３４６号公報

しかしながら、金属パターンの形成後に酸化工程や熱処理工程を行う従来技術にあっては、これら工程のために作業時間の長時間化を招いてしまい、また、これら作業による新たな不具合（熱処理に伴うガスの発生など）を招いてしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸化工程や熱処理工程を行うことなく、微細パターン形成に適したリフトオフ法を用いて低抵抗金属半導体接触を密着性良く、かつ再現性良く形成することが可能な半導体装置の製造方法及びその製造方法により製造された半導体装置を提供することにある。

−発明の概要−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は、レジスト膜形成後のフォトリソグラフィ技術等を利用したパターンニングを行った後に、エッチャントによってエピタキシャル層もしくは結晶の露出部分の表面を微量にエッチング除去するようにしている。つまり、電極等を形成するための金属膜の成形に先立って、残存している有機物薄膜をエピタキシャル層もしくは結晶の表面と共にエッチング除去することで、その後に成形される金属膜のエピタキシャル層もしくは結晶に対する密着性が良好に得られるようにしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、エピタキシャル層上もしくは結晶上にリフトオフ用フォトレジストを成形するレジスト成形工程、上記フォトレジストをパターンニングしてエピタキシャル層もしくは結晶の一部を露出させるパターンニング工程、エッチャントに浸潤することにより、上記エピタキシャル層もしくは結晶の露出部分の表面を微量にエッチング除去するエッチング工程、上記パターンニング工程によって露出したエピタキシャル層もしくは結晶の表面と、上記エッチング工程後に残存したフォトレジスト上とに金属膜を成形する金属膜成形工程、上記パターンニング工程によって露出したエピタキシャル層もしくは結晶の表面にのみ金属膜を残存させるように、上記エッチング工程後に残存したフォトレジストを除去するレジスト除去工程を順に行うようにした半導体装置の製造方法である。

この特定事項により、先ず、金属膜を形成する前に、エピタキシャル層上もしくは結晶上のパターンニング工程（フォトリソグラフィ工程）によって窓開けされたレジストパターンに対して微量なエッチング処理を行う。これにより、レジスト現像処理後に、極薄く半導体結晶上もしくは結晶上に成長したエピタキシャル層上に残存する有機物薄膜は、結晶もしくはエピタキシャル層の表面と共にエッチング除去される。これにより、極めて清浄化された結晶もしくはエピタキシャル層の表面に対して金属膜を形成することが可能になり、その金属膜の密着性を良好に確保できる。また、エッチングは非常に薄い酸性もしくはアルカリ性の溶液を用い、短時間で終了させることができるため、レジストパターンは劣化せず、良好なリフトオフ特性を得ることが可能である。

また、上記エピタキシャル層もしくは結晶の構成材料として具体的には以下のものが掲げられる。先ず、この構成材料をＧａＡｓ系化合物としたものである。また、この構成材料をＧａＰ系化合物としたものである。更に、結晶をＧｅとしたものである。

一方、上記エッチャントとして使用する溶液として具体的には以下のものが掲げられる。先ず、アンモニアを含んだアルカリ性水溶液を使用するものである。また、硫酸を含んだ酸性水溶液を使用するものである。更に、塩酸を含んだ酸性水溶液を使用するものである。

これらエッチャントの使用形態として実際には、蒸着表面がＧａＡｓ系のエピタキシャル層、ＧａＡｓ系の結晶またはＧｅ結晶である場合はアンモニア系もしくは硫酸系のエッチャントでエッチングを行う。また、ＧａＰ系エピタキシャル層やＧａＰ系結晶である場合には塩酸系エッチャントでエッチングを行う。

尚、上述した各解決手段のうち何れか一つに係る半導体装置の製造方法によって製造され、エピタキシャル層もしくは結晶の一部上にのみ金属膜が形成されている半導体装置も本発明の技術的思想の範疇である。

本発明では、電極等を形成するための金属膜の成形に先立って、残存している有機物薄膜をエピタキシャル層もしくは結晶の表面と共にエッチング除去している。このため、リフトオフ工程のレジストパターンで金属を残す部分の、例えば半導体結晶表面が極めて清浄となり、密着性が良好で接触抵抗が低い低抵抗金属半導体接触が、熱処理工程を経ることなく形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法としてのリフトオフ工程を示す断面構造図である。

尚、図中の符号１で示す結晶上に符号２のレジストパターンを形成すること（レジスト成形工程、パターンニング工程）は従来と同じであるのでここでの説明は省略する。

レジストパターンを形成した後、蒸着表面がＩｎＧａＡｓエピタキシャル層、ＧａＡｓエピタキシャル層、ＩｎＧａＡｓ結晶、ＧａＡｓ結晶、またはＧｅ結晶等、アンモニア系もしくは硫酸系エッチャントでエッチングされる材料である場合のエッチャントの配合比としては、ＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１００もしくはＨ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１００程度が適用される。

一方、ＩｎＧａＰエピタキシャル層、ＧａＰエピタキシャル層、ＩｎＧａＰ結晶、またはＧａＰ結晶等、塩酸系エッチャントでエッチングされる材料である場合のエッチャントの配合比としては、ＨＣＬ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１００程度が適用される。

このようなエッチャントを使用し、１０秒程度、蒸着表面がエッチングにより除去される（エッチング工程）。この工程によって、レジストパターン２を形成する際の現像処理及び後工程でも除去しきれない極薄有機物層もエピタキシャル層もしくは結晶表面とともにエッチング除去することができる。尚、このエッチング除去は、レジストパターン２の窓開け部分（本発明でいう露出部分）３に対して行われる。

このようなエッチング工程が行われるため、紫外線照射やオゾン等による酸化もしくは炭化処理を実施する必要は無く、また、エッチャントは非常に低濃度であって作業も短時間であることから、レジストパターンが変形してリフトオフに悪影響を及ぼすことが無い。更に、結晶、もしくは結晶上に成長したエピタキシャル層をエッチャントによりエッチング処理をすると、エッチングする結晶、もしくは結晶上に成長したエピタキシャル層とエッチャントの組み合わせによってエッチング量は変わるが、おおよそ５ｎｍ程度の結晶、もしくは結晶上に成長したエピタキシャル層が極薄有機物層と共に除去される（図１（ｃ）の符号６を付した領域を参照）。このエッチングを実施した直後の蒸着表面は極めて清浄になっているので、このエッチングの工程は次工程の蒸着直前に実施することが望ましい。

このようなエッチング工程を行った後、電子ビーム蒸着によって半導体結晶、もしくは結晶上に成長したエピタキシャル層上全面にわたって金属配線材料５の第一層として、例えばＴｉやＡｕＧｅを約２００ｎｍ形成する（図１（ｄ）参照：金属膜成形工程）。

その後、試料をアセトン等の溶剤中に浸潤しリフトオフを実施し所望の金属パターン４を残存させる（図１（ｅ）参照：レジスト除去工程）。具体的には、パターンニング工程により形成された窓開け部分３は逆テーパー状に側壁が形成されるため、上記エッチャントに浸潤させることによってレジスト２が剥離され、図１（ｅ）に示すように、所望の金属パターン４のみが結晶１上に残ることになる。

これにより、従来方法と比べて何ら遜色の無いリフトオフを実現することができる。また、この方法により得られた金属配線は密着性も良く、かつ再現性良く形成でき、接触抵抗も低いものであった。更に密着性を向上したい場合は、このあとに従来技術である熱処理工程を実施するが、結晶、もしくは結晶上に成長したエピタキシャル層上の極薄有機物層は存在しないため、ガスが発生するなどして密着性を逆に低下させることがない事も確認した。

−その他の実施例−
本発明はレジストを用いたパターンに限定されるものではなく、ポリイミド等、他の有機物膜に適用することも可能である。また、微細パターン形成を必要とする半導体以外のあらゆるものにも適用できることはいうまでもない。低抵抗金属半導体接触によるコンタクト層形成に限らず正常な金属半導体接触が形成されるから、例えば良好なショットキーバリヤー形成にも適した工程である。

実施形態に係るリフトオフ法を説明するための構造断面図である。従来のリフトオフ法を説明するための構造断面図である。

符号の説明

１結晶，結晶上に成長したエピタキシャル層
２レジスト材料（フォトレジスト）
３パターン材料膜の窓開け部分（露出部分）
４金属パターン（金属膜）
５金属配線材料
６エッチング領域

Claims

エピタキシャル層上もしくは結晶上にリフトオフ用フォトレジストを成形するレジスト成形工程と、
上記フォトレジストをパターンニングしてエピタキシャル層もしくは結晶の一部を露出させるパターンニング工程と、
エッチャントに浸潤することにより、上記エピタキシャル層もしくは結晶の露出部分の表面を微量にエッチング除去するエッチング工程と、
上記パターンニング工程によって露出したエピタキシャル層もしくは結晶の表面と、上記エッチング工程後に残存したフォトレジスト上とに金属膜を成形する金属膜成形工程と、
上記パターンニング工程によって露出したエピタキシャル層もしくは結晶の表面にのみ金属膜を残存させるように、上記エッチング工程後に残存したフォトレジストを除去するレジスト除去工程とを順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
エピタキシャル層もしくは結晶がＧａＡｓ系化合物であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
エピタキシャル層もしくは結晶がＧａＰ系化合物であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
結晶がＧｅであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１〜４のうち何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
エッチャントとして、アンモニアを含んだアルカリ性水溶液を使用することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１〜４のうち何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
エッチャントとして、硫酸を含んだ酸性水溶液を使用することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１〜４のうち何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
エッチャントとして、塩酸を含んだ酸性水溶液を使用することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１〜７のうち何れか一つに記載の製造方法によって製造され、エピタキシャル層もしくは結晶の一部上にのみ金属膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。