JP2006504256A - 層構造からなる階段状プロファイルを形成する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は層構造（２）からなる階段状プロファイルを形成する方法に関する。第二の構造形成ステップの間に、第一の残りの層構造部分（２１１）の下側に位置している、第二の層構造部分（２２）の領域を、取り除き、第一の残りの層構造部分（２１１）の第一の突出部（Ａ）を形成し、第三の構造形成ステップの間に、第一の残りの層構造部分（２１１）の第一の突出部（Ａ）を取り除く。

Description

本発明は半導体製造技術の分野に関する。本発明は、主請求項の前提部分に記載の、層構造からなる階段状プロファイルを形成する方法に関する。

半導体に形成された複数の金属の層の構造形成を行うために、複数の連続する構造形成ステップの間に、通常、多数の知られた技術が用いられる。この場合、まず、フォトレジストが、保護層として、金属の層または金属の層構造に頻繁に形成される。結果として生じる第一のフォトレジスト層は、続いて、第一の露光マスクを通って露光される。続いて、フォトレジストの状態に応じて、フォトレジスト層の、露光された領域または露光されない領域が取り除かれる。その結果、露光されない領域または露光された領域が残る。

１つまたは複数の構造形成ステップの間には、次に、金属の層または層構造がエッチングされる。この場合、種々のエッチング方法、すなわち、水溶液でのエッチング、ドライエッチング、反応性イオンエッチングまたはこれらの方法の組合せが用いられる。この場合、フォトレジスト層の残りの領域は、この領域の下側に位置している、金属の層または層構造の複数の領域のエッチングを阻止しまたは遅らせる。

この場合、特に、複雑な構造形成がなされねばならない、および／または、多数の単層からなる層構造がエッチングされねばならないとき、膨大な全費用が結果として生じることがある。これらの場合、必要な構造形成ステップの数が増大する。種々の構造形成ステップのために、異なったエッチング方法または少なくとも１つの異なったエッチング剤が頻繁に必要となる。この場合、一部には、２つの構造形成ステップの間にも、再度、１つまたは複数の他のフォトレジスト層が形成され、他の露光マスクを通して露光され、他のフォトレジスト層の露光された領域または露光されない領域が取り除かれねばならない。

しかし、複数のマスクが使用されると、特に、露光マスクの位置決めの際の整列上の問題の故に、全工程が次第に不正確になる。

複数の層構造の構造形成の使用例は、非気密に閉じられたモジュール・ハウジングと共に圧力接触可能な電力用半導体モジュール内に用いられる、特に半導体チップのために、電極を半導体チップに形成することである。このような半導体チップは、電気接触のために、Ｔｉ、ＮｉおよびＡｇからなる層構造を有することは好都合であり、Ｔｉ層は半導体チップの最も近くに位置している。半導体チップの内部構造および製造工程に従って、この層構造は、種々の点に、例えば、主電極とゲート電極との間の領域で、構造形成されねばならない。この場合、構造の典型的な大きさは、一般的に０．５ｍｍよりも小さい。

Ｔｉ、ＮｉおよびＡｇの層構造をエッチングによって構造形成する際に、アンダーエッチングされる領域が形成されないことに注意しなければならない。何故ならば、このような領域には、製造工程中にまたは半導体チップの操作中に汚れおよび／または堆積物が形成されるからである。汚れおよび／または堆積物は、取り除くのが難しくて、半導体チップの操作性に悪影響を及ぼすことがあり、あるいは、半導体チップの破壊をもたらすことがある。

従って、本発明の課題は、出来る限り少ない構造形成ステップで間に合い、複数の構造形成ステップの間に保護層の形成を必要としない、明細書導入部に記載のタイプの方法を提供することである。

この課題および他の課題は、主請求項の特徴を有する、層構造からなる階段状プロファイルを形成する方法によって、解決される。この場合、第一の、第二のおよび第三の構造形成ステップの間に、第一の、第二のおよび第三の層構造部分が、夫々部分的に、すなわち、第一の、第二のおよび第三の残りの層構造部分を残して、取り除かれる。このことは、第二のおよび第三の夫々の構造形成ステップの間に、第二のおよび第三の夫々のエッチング剤の作用下でなされる。

この場合、本発明では、第二の構造形成ステップの間に、第一の残りの層構造部分がアンダーエッチングされる。すなわち、この層構造部分の下側に位置している、第二の残りの層構造部分の領域が取り除かれる。この場合に形成される、第一の残りの層構造部分の第一の突出部は、第三の構造形成ステップの間に、所望の階段状プロファイルを得るために、再度取り除かれる。

この場合、方法の好ましい変更の実施の形態では、第一の構造形成ステップの間に、第一のエッチング剤が用いられる。このエッチング剤が、第三の構造形成ステップの間に用いられるエッチング剤と、化学的には実質的に同一であることは好ましい。この場合、第一のおよび第三の構造形成ステップのためには、同一のエッチング・バスを用いることができる。このことは方法の複雑さを著しく減少させ、方法の経済的なおよび環境に優しい実施を可能にする。

本発明の他の好都合な実施の形態は、従属請求項に記載されている。利点および特徴は、図面との関連による、本発明の好ましい変更の実施の形態の、以下の詳細な記載から、明らかになる。

図面に使用された参照符号および参照符号の意味は、参照符号リストにまとめられている。基本的には、同一の参照符号は同一の構成部分を表わす。

図１は、半導体チップ１に形成された層構造２を有する、本発明に係わる方法のための出発材料を示す。この層構造は、第一の層構造部分としてのＡｇ層２１と、第二の層構造部分としてのＮｉ層２２と、第三の層構造部分としてのＴｉ層２３とからなる。Ａｇ層２１の第一の厚みｄ_１は好ましくは数マイクロメートルであり、Ｎｉ層２２の第二の厚みｄ_２およびＴｉ層２３の第三の厚みｄ_３は、好ましくは夫々数１０分の１マイクロメートルである。Ａｇ層２１の一部分は、保護層としてのフォトレジスト層３によって被覆される。

階段状プロファイル（Stufenprofil）を層構造２に形成するために、まず、第一の構造形成ステップの間に、Ａｇ層２１が、第一のエッチング剤としての、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２），水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）および水（Ｈ_２Ｏ）からなる化学溶液によって、エッチングされる。

第一のエッチング剤として、以下の溶液が用いられることは好ましい。この溶液には、Ｈ_２Ｏ_２，ＮＨ_４ＯＨおよびＨ_２Ｏが、Ｈ_２Ｏ_２：ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ＝１：ｘ：ｙの体積比で存在している。但し、０．５＜ｘ＜２．０および４．０＜ｙ＜１０．０、が選択されることは好ましい。第一の構造形成ステップが、温度Ｔ_１、好ましくは１０℃＜Ｔ_１＜３０℃で、数１０分までの数分の時間中に、好都合には第一のエッチング・バスでなされることは好ましい。

この場合、Ａｇ層２１がアンダーエッチングされることは好ましい。それ故に、第二の突出部Ｂがフォトレジスト層３に生じる。フォトレジスト層は奥行きｔ_１を有する。ｔ_１がｄ_１より大きくなるほどに、Ａｇ層２１がアンダーエッチングされることは好ましい。このようにして、Ａｇ層２１が、フォトレジストで被覆されていない個所で、完全にかつ残りなく取り除かれることが保証される。この場合、Ｎｉ層２２は、第一の構造形成ステップの間に、実質的にエッチングされない。第一の構造形成ステップから結果として生じ、第一の残りの層構造部分としての、残りのＡｇ層２１１を有する第一の中間材料は、図２に見て取れる。

第二の構造形成ステップの間に、図２の第一の中間材料から始まって、Ｎｉ層２２が、第二のエッチング剤としての、硝酸（ＨＮＯ_３）の水溶液によってエッチングされる。それ故に、残りのＮｉ層２２１のみが残る。ＨＮＯ_３：Ｈ_２Ｏ＝１：ｚの体積比に関しては、２．０＜ｚ＜８．０が選択される。第二の構造形成ステップは、温度Ｔ_２、好ましくは３０℃＜Ｔ２＜５０℃で、好ましくは１０分よりも少ない時間中になされることは好ましい。この場合、残りのＡｇ層２１１の下側に位置している、Ｎｉ層２２の領域が取り除かれる。それ故に、残りのＡｇ層２１１の第一の突出部Ａが生じる。この突出部は奥行きｔ_２を有する。第二の構造形成ステップ後に結果として生じる第二の中間材料は、図３に見て取れる。

第三の構造形成ステップの間に、図３の第二の中間材料から始まって、Ｔｉ層２３がエッチングされる。この場合、第三のエッチング剤として、同様に、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２），水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）および水（Ｈ_２Ｏ）からなる化学溶液が用いられる。この化学溶液が第一のエッチング剤と同一の体積比で存在することは好ましい。

第三の構造形成ステップが第一のエッチング・バスでなされることができることは好都合である。この場合、残りのＡｇ層２１１は、同時に、Ｔｉ層と共にエッチングされて、最終のＡｇ層２１２を形成する。それ故に、第一の突出部Ａは溶解され、Ｎｉ層２２はオーバーエッチングされ、最後に、所望の階段状プロファイルが形成される。この場合、まず、第一の突出部Ａは、化学的なマスクとして作用する。このマスクは、第一の突出部Ａの下側に位置している、Ｔｉ層２３の領域が、第三のエッチング剤によって溶解されることを阻止し、あるいは、このような溶解を少なくとも非常に遅らせる。第一の突出部Ａが溶解された後に、第三のエッチング剤によってエッチングされない、残りのＮｉ層２２１は、Ｔｉ層２３のための従来のマスクとして作用する。

Ｔｉが、第三のエッチング剤によって、Ａｇよりも著しく緩慢にエッチングされるので、アンダーエッチング、すなわち、残りのＮｉ層２２１の第三の突出部の形成が効果的に阻止される。図４は、第三の構造形成ステップから結果として生じる、本発明に係わる方法の第三の中間材料を示す。最後に、なお、フォトレジスト層３が取り除かれることは好都合である。それ故に、本発明に係わる方法によって形成される階段状プロファイルを有する、図５に見られる半導体チップ１が生じる。

本発明の方法が、半導体チップ１と、階段状プロファイルが形成されるべきである層構造２との間に、１つまたは複数の中間層があるときにも、用いられることができることは好都合である。

他の構造形成ステップも、第一の、第二のおよび第三の構造形成ステップの前に、その後にまたはその間に行うことができることは好都合である。

本発明に係わる方法のための出発材料を示す。 第一の構造形成ステップから結果として生じる第一の中間材料を示す。 第二の構造形成ステップから結果として生じる第二の中間材料を示す。 第三の構造形成ステップから結果として生じる最終材料を示す。 フォトレジスト層を取り除いた後の、本発明に係わる方法で形成された階段状プロファイルを有する半導体チップを示す。

符号の説明

１・・・半導体チップ、
２・・・層構造、
２１・・・Ａｇ層、第一の層構造部分、
２２・・・Ｎｉ層、第二の層構造部分、
２３・・・Ｔｉ層、第三の層構造部分、
２１１・・・残りのＡｇ層、
２１２・・・最終のＡｇ層、
２２１・・・残りのＮｉ層、
３・・・保護層、フォトレジスト層、
Ａ・・・第一の突出部、
Ｂ・・・第二の突出部。

Claims (9)

1. ａ）第一の構造形成ステップの間に、第一の層構造部分（２１）を、第一の残りの層構造部分（２１１）を残して取り除き、
   ｂ）第二の構造形成ステップの間に、前記第一の層構造部分（２１）の下側に位置している第二の層構造部分（２２）を、第二のエッチング剤によるエッチングによって、部分的に取り除き、
   ｃ）第三の構造形成ステップの間に、前記第二の層構造部分（２２）の下側に位置している第三の層構造部分（２３）を、第三のエッチング剤によるエッチングによって、部分的に取り除く、
   層構造（２）からなる階段状プロファイルを形成する方法において、
   ｄ）前記第二の構造形成ステップの間に、前記第一の残りの層構造部分（２１１）の下側に位置している、前記第二の層構造部分（２２）の領域を、取り除き、前記第一の残りの層構造部分（２１１）の第一の突出部（Ａ）を形成し、
   ｅ）第三の構造形成ステップの間に、前記第一の残りの層構造部分（２１１）の前記第一の突出部（Ａ）を取り除くこと、を特徴とする方法。
2. 前記第二のおよび第三の構造形成ステップを水溶液中で行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第一の構造形成ステップを、第一のエッチング剤によるエッチングによって行うことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第一のエッチング剤および前記第三のエッチング剤のために、実質的に同一の化学的組成物を選択することを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記第一の構造形成ステップの間に、前記第一の層構造部分（２１）の厚み（ｄ_１）よりも大きい長さｔ_２を有する、保護層（３）の第二の突出部（Ｂ）が生じる程度に、前記第一の層構造部分（２１）取り除くこと、を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第一の層構造部分（２１）は実質的にＡｇを、前記第二の層構造部分（２２）は実質的にＮｉを、前記第三の層構造部分（２３）は実質的にＴｉを有すること、を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 第二のエッチング剤として、硝酸の水溶液を、好ましくは、１：ｚの希釈比（但し２．０＜ｚ＜８．０）で用いること、を特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 第一のおよび第三のエッチング剤として、過酸化水素、水酸化アンモニウムおよび水からなる混合物を、好ましくは、ほぼ１：ｘ：ｙの体積比で用い、
   但し、０．５＜ｘ＜２．０および４．０＜ｙ＜１０．０、を選択すること、
   を特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記第一の構造形成ステップの前に、保護層（３）を前記第一の層構造部分（２１）上に設けることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。

Images