JP2011077201A

JP2011077201A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2011077201A
Application number: JP2009225616A
Authority: JP
Inventors: Masataka Narita; 政隆成田; Hidenao Kuribayashi; 秀直栗林; Koji Sasaki; 弘次佐々木
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: JP5672685B2

Abstract

【課題】素子の特性の変動を抑えること。
【解決手段】面方位が（１００）面のシリコン基板１の表面に、１ｎｍ以下の酸化膜１０を形成する。そして、この酸化膜１０の表面に、スパッタリングによってアルミニウムを積層することで、全面が（１１１）面のアルミニウム膜２を形成する。そして、アルミニウム膜２の表面に、無電解めっき処理によりニッケルめっき層を形成する。また、アルミニウム膜２を形成した後、シリコン基板１とアルミニウム膜２とをシンタリングする際に、酸素濃度に合わせて、熱処理温度を調整する。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関する。

従来、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板に、アルミニウム（Ａｌ）電極を形成する場合、スパッタリングによってＡｌ膜を形成する方法が提案されている。また、Ｓｉ基板とＡｌ膜とのコンタクト抵抗をできるだけ小さくするため、Ａｌ膜を成膜する前にフッ化水素（ＨＦ）処理を行い、Ｓｉ基板の表面を洗浄する方法が提案されている。

さらに、デバイスを製造する際にＳｉ基板が反らないように、Ｓｉ基板のおもて面の表面に、Ａｌ電極と、ニッケル（Ｎｉ）めっき層と、金（Ａｕ）めっき層とをこの順に積層し、裏面の表面に、おもて面側のＮｉめっき層の膜応力の３倍以上となるようにＮｉ膜を形成する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。

特開２００５−３３１３０号公報

しかしながら、従来の技術においては、Ｓｉ基板の表面に、多くのダングリングボンドが存在する。ダングリングボンドは、原子の未結合手であり、ダングリングボンド上では電子が不安定なため、化学的に活性となる。したがって、スパッタリングによってＳｉ基板の表面に、Ａｌ粒子をスパッタした際に、このＳｉ基板の表面のダングリングボンドと、スパッタされたＡｌ粒子のダングリングボンドとが結合する。このとき、軌道のひずみ等、Ｓｉ原子の格子定数とＡｌ原子の格子定数との相違によって界面エネルギーが生じ、Ｓｉ基板の界面に蓄積される。さらに、この系において、例えば基板温度が高い等、結晶再配列に必要なエネルギーを有している場合、Ｓｉ基板の界面に蓄積された界面エネルギーが開放されるため、スパッタ中にＡｌ原子の再配列が起きる。このため、面方位が（１００）面のＳｉ基板に、例えば面積が数ｍｍ²以上の大面積で、例えば厚さが３μｍ以上の厚いＡｌ膜を、スパッタリングによって成膜した際には、Ｓｉ基板の表面に、例えば数ｍｍ〜数ｃｍの間隔で、（１１１）面、（１０１）面、（００１）面等の異なる面方位の結晶面がモザイク状に共存するＡｌ膜が形成される。

図３は、従来の製造方法によってＳｉ基板の表面に形成されたＡｌ膜の面方位を示す平面図である。また、図４は、図３の一部を拡大した拡大図である。なお、図４においては、図３の一部を５０倍に拡大している。図３においては、最も色の薄い領域が（１１１）面であり、つぎに色の薄い領域が（００１）面であり、最も色の濃い領域が（１０１）面である。図３および図４に示すように、従来の方法によれば、Ｓｉ基板１の表面に形成されたＡｌ膜２には、（１１１）面と、（００１）面と、（１０１）面と、が混在している。

また、図５は、従来の製造方法によってＡｌ膜の表面に形成されたＮｉめっき層の構造を示す拡大図である。図５においては、図３に示すＳｉ基板にＡｌ膜とＮｉめっき層とをこの順に形成した後に、その一部を５０倍に拡大している。図５においては、最も色の濃い領域が（１１１）面であり、つぎに色の濃い領域が（００１）面であり、最も色の薄い領域が（１０１）面である。ここで、Ｎｉめっき層の密度は、（１１１）面が最も大きく、ついで（１０１）面、（００１）面の順に小さくなる。

このように、従来の方法によって形成されたＡｌ膜の表面に、例えば無電解めっき処理によってＮｉめっき層を成長させた場合、Ｎｉめっき層の厚さや密度が不均質になる。その理由は、以下の通りである。すなわち、Ａｌ膜の表面にＮｉめっき層を成長させる場合、一般的に薬液処理によってＡｌ原子を亜鉛（Ｚｎ）原子で置換した析出核をＡｌ膜の表面に形成して、この析出核をスターターとしてＮｉを成長させる。このとき、Ｚｎ原子の析出核の密度が、Ａｌ膜の面方位に依存するため、例えばＡｌ膜の面方位が（１１１）面の領域において、Ｎｉの成長率が最も大きくなり、形成されるＮｉめっき層の密度が最も大きくなる。しかしながら、Ａｌ膜に複数の面方位が混在する場合、異なる面方位の領域でＮｉの成長率が異なるため、形成されるＮｉめっき層の厚さや密度が不均質になるからである。そして、Ｎｉめっき層の厚さや密度が異なると、デバイスの特性が変動するという問題がある。

このような問題を解消するため、基板の温度やスパッタリングのレート等を調整して、スパッタされるＡｌ粒子のエネルギーを低くする方法が提案されている。しかしながら、Ａｌ粒子のエネルギーは、Ａｌのスパッタターゲットに蓄積された熱等の影響を受けるため、安定した条件でＡｌ膜を成膜することが困難であった。

さらに、Ａｌ膜をスパッタした後に、Ｓｉとのシンタリングや応力緩和等のために、例えば４００℃程度の温度で熱処理を行うことが一般的である。しかしながら、熱処理の際に、Ａｌ膜の中に空洞（ボイド）が生じるという問題がある。

ここで、ボイドは、Ａｌが酸化するときに生じるＡｌの結晶欠陥が、熱ストレスによる推進力によって、系のエネルギーを最小化するように移動し、集積し、成長するために生じると考えられている。通常、Ａｌ膜上に吸着された酸素は、表面拡散長が短いため、相対的に、小さく、密集した島として存在する。しかしながら、高温下でＡｌ膜上に吸着された酸素分子は熱エネルギーを有しているため、Ａｌ膜の表面で長い拡散長を持ち、相対的に、大きく、分散した島となって存在することとなる。このような酸素による島の大きさが臨界点を超えると熱処理の間にボイドとして成長すると考えられる。このボイドは、酸素濃度が高く、熱処理温度が高いほど大きくなる。

図６は、ボイドについて示す断面図である。図６に示すように、従来の方法によれば、Ｓｉ基板１の表面に形成されたＡｌ膜２の中に、ボイド４が形成される。このようなボイド４は、Ｎｉの無電解めっき処理を行う際に、エッチングされることで欠陥となる。また、このとき、ボイド４にＮｉが進入して、局部ストレスの発生源になる。これによって、製品の品質に悪影響を及ぼすという問題がある。また、ボイド４がＳｉ基板１に接すると、ボイド４の中にＮｉが入った際に、デバイスの特性が変動してしまうという問題がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、素子の特性の変動を抑え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。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる半導体装置の製造方法は、シリコン基板の表面に１ｎｍ以下の厚さの酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜の表面に、アルミニウム電極を形成する電極形成工程と、を含むことを特徴とする。

また、請求項２の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記電極形成工程の後に、前記アルミニウム電極の表面に、ニッケル膜を形成するニッケル膜形成工程を含むことを特徴とする。

また、請求項３の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項２に記載の発明において、前記ニッケル膜形成工程においては、前記ニッケル膜を、無電解めっき処理により形成することを特徴とする。

また、請求項４の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項１または２に記載の発明において、前記電極形成工程においては、前記アルミニウム電極を、スパッタリングまたは蒸着によってアルミニウム膜を成膜することで形成することを特徴とする。

上述した請求項１〜４の発明によれば、シリコン基板の表面に、全面が同一の面方位のアルミニウム膜を形成することができる。このため、アルミニウム膜の表面に形成するニッケルめっき層の密度および厚さを均一にすることができる。

本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、素子の特性の変動を抑えることができるという効果を奏する。

本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。従来の製造方法によってＳｉ基板の表面に形成されたＡｌ膜の面方位を示す平面図である。図３の一部を拡大した拡大図である。従来の製造方法によってＡｌ膜の表面に形成されたＮｉめっき層の構造を示す拡大図である。ボイドについて示す断面図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明およびすべての添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施の形態）
図１または図２は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。本実施の形態においては、大きさが例えば６インチで、面方位が（１００）面のＳｉ基板を用いている。まず、図１に示すように、このＳｉ基板１に、例えば５ｖｏｌ％の過酸化水素によって、例えば２５℃の温度で、３０分間の浸漬処理を行い、Ｓｉ基板１の表面に、例えば０．７ｎｍの厚さの酸化膜１０を成長させる。この酸化膜１０が、Ｓｉ基板１のダングリングボンドと結合し、ダングリングボンドを終端する。上記過酸化水素水溶液にアンモニアを含ませてもよい。

ここで、酸化膜１０の厚さは、１ｎｍ以下であればよい。その理由は、Ｓｉ基板１の表面に酸化膜１０を形成することでコンタクト抵抗が上がるが、酸化膜１０の厚さを１ｎｍ以下とすると、後にＳｉ基板１の表面にＡｌ膜を形成した際に、Ａｌ膜とＳｉ基板１との界面のコンタクト抵抗が、酸化膜１０が形成されていない場合の１．４倍以内となるからである。このコンタクト抵抗の変化は、素子の特性にほとんど影響を与えない程度である。また、酸化膜１０の厚さが１ｎｍ以下であると、Ｓｉ基板１の表面に形成された酸化膜１０が、後の熱処理においてＡｌ膜に溶けてしまうからである。

ついで、図２に示すように、酸化膜１０の表面に、ＡｌＳｉ電極等のＡｌ電極となるＡｌ膜２を、例えば１μｍ／毎分の成膜レート、２００℃の基板温度で、スパッタリングにより成膜する。あるいは、酸化膜１０の表面に、ＡｌＳｉ電極等のＡｌ電極となるＡｌ膜２を、例えば蒸着法によって成膜する。

このように本実施の形態によれば、Ｎｉめっき層３の密度および厚さが全面で均一となるため、素子の特性の変動を抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板に電極を形成するのに有用であり、特に、表面積の大きい電極を形成するのに適している。

１シリコン基板
２アルミニウム膜
１０酸化膜

Claims

シリコン基板の表面に１ｎｍ以下の厚さの酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記酸化膜の表面に、アルミニウム電極を形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記電極形成工程の後に、前記アルミニウム電極の表面に、ニッケル膜を形成するニッケル膜形成工程を含む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。
前記ニッケル膜形成工程においては、前記ニッケル膜を、無電解めっき処理により形成することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記電極形成工程においては、前記アルミニウム電極を、スパッタリングまたは蒸着によってアルミニウム膜を成膜することで形成することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。