JP2014107404A

JP2014107404A - 配線構造の製造方法

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Publication number: JP2014107404A
Application number: JP2012259019A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Onoe; 和之尾上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-06-09
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: JP6007754B2

Abstract

【課題】製造コストを抑えつつ、イオンミリングによる残渣を除去することができる配線構造の製造方法を得る。
【解決手段】ＧａＮ基板１上に下側金属層２を形成する。下側金属層２の一部を露出させる開口３を有するフォトレジスト４を下側金属層２上に形成する。フォトレジスト４の開口３内において下側金属層２上に上側金属層５を形成する。上側金属層５に対してフォトレジスト４を選択的にエッチングしてフォトレジスト４を薄膜化する。薄膜化したフォトレジスト４を第１のイオンミリングによりスパッタして上側金属層５の側壁に付着させてカバー膜１６を形成する。カバー膜１６を形成した後に、上側金属層５をマスクとして用いた第２のイオンミリングにより、上側金属層５の下方以外においてＧａＮ基板１上に存在する下側金属層２を除去する。第２のイオンミリングの後にカバー膜１６をエッチング液により除去する。
【選択図】図９

Description

本発明は、イオンミリングを用いた配線構造の製造方法に関する。

従来は、上側金属層をマスクとして用いたイオンミリングにより下側金属層の露出部分を切り出して配線を形成していた。このイオンミリングの際に下側金属層にイオンが衝突して真空中に離脱するスパッタ現象が発生し、上側金属層の側壁に下側金属層の残渣が付着する。

この残渣が上側金属層から剥がれると、外観が悪化して画像認識による位置決めを用いた高精度ボンディングの精度が悪化し組み立て不良を引き起こす。剥がれ落ちた残渣が後工程で回路をショートさせて、配線構造だけでなく付随装置が故障する場合もある。

そこで、残渣を除去するために、ミリング前に上側金属層側壁にサイドウォールを形成して、ミリング後にリフトオフする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２３６８８０号公報

しかし、従来の方法では、絶縁膜を成膜する工程と、絶縁膜をエッチングしてサイドウォールを形成する工程が余分に必要である。従って、絶縁膜の材料費、消費エネルギー、工程数が増加するため、製造コストが増加するという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は製造コストを抑えつつ、イオンミリングによる残渣を除去することができる配線構造の製造方法を得るものである。

本発明に係る配線構造の製造方法は、基板上に下側金属層を形成する工程と、前記下側金属層の一部を露出させる開口を有する絶縁膜を前記下側金属層上に形成する工程と、前記絶縁膜の前記開口内において前記下側金属層上に上側金属層を形成する工程と、前記上側金属層に対して前記絶縁膜を選択的にエッチングして前記絶縁膜を薄膜化する工程と、薄膜化した前記絶縁膜を第１のイオンミリングによりスパッタして前記上側金属層の側壁に付着させてカバー膜を形成する工程と、前記カバー膜を形成した後に、前記上側金属層をマスクとして用いた第２のイオンミリングにより、前記上側金属層の下方以外において前記基板上に存在する前記下側金属層を除去する工程と、前記第２のイオンミリングの後に前記カバー膜をエッチング液により除去する工程とを備えることを特徴とする。

本発明により、製造コストを抑えつつ、イオンミリングによる残渣を除去することができる。

本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造方法のフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造方法のフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。

本発明の実施の形態に係る配線構造の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造方法のフローチャートである。図２〜図１０は、本発明の実施の形態１に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。このフローチャート及び工程断面図を参照しながら実施の形態１に係る配線構造の製造方法を説明する。

まず、図２に示すように、ＧａＮ基板１上に無電解めっき、蒸着法、スパッタ法などにより下側金属層２を形成する。そして、下側金属層２上に、下側金属層２の一部を露出させる開口３を有するフォトレジスト４をフォトリソグラフィにより形成する（ステップＳ１）。下側金属層２の材料は金、膜厚は０．５μｍである。フォトレジスト４の膜厚は３μｍである。

次に、図３に示すように、亜硫酸金ナトリウムなどのめっき液中にＧａＮ基板１を配置し、フォトレジスト４をめっきマスクとして用いて下側金属層２に給電しながら電解めっきを行なう。これにより、フォトレジスト４の開口３内において下側金属層２上に上側金属層５を形成する（ステップＳ２）。この電解めっきの時間などを調整することで上側金属層５の膜厚を調整することができる。なお、配線形状を開口３の形状に合わせるために、開口３の外側のフォトレジスト４上まで上側金属層５がはみ出さないようにする。上側金属層５の材料は金、膜厚は２．５μｍである。

次に、図４に示すように、アッシャー装置のアッシング室６内のステージ７上にＧａＮ基板１を配置する。アッシング室６の内部は排気装置８により排気され、真空に保たれている。アッシング室６に酸素を導入し、電源９によりステージ７とそれに対向する電極１０に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる。このプラズマと有機重合体であるフォトレジスト４が化学反応を起こして、フォトレジスト４をドライアッシング（灰化）する。

これにより、図５に示すように、上側金属層５に対してフォトレジスト４を選択的にエッチングしてフォトレジスト４を薄膜化する（ステップＳ３）。例えばフォトレジスト４の残し厚を０．２μｍとする。なお、ドライアッシングの代わりに酸素を用いたプラズマドライエッチングを用いてもよい。プラズマドライエッチングを用いるとフォトレジスト４の薄膜化と同時に上側金属層５も薄膜化されるが、上側金属層５のエッチング量よりもフォトレジスト４のエッチング量が高くなるようにエッチング条件を設定すれば、上側金属層５の膜厚を確保することができる。

次に、図６に示すように、イオンミリング装置の真空チャンバ１１内のステージ１２上にＧａＮ基板１を配置する。ガスボンベ１３のＡｒ，Ｋｒ，Ｈｅなどの不活性ガスをガス流量コントロールユニット１４で流量調整してイオン銃１５に供給する。イオン銃１５によりイオンを生成し２〜１０ｋＶで加速してＧａＮ基板１の主面に対して垂直に照射する。

この第１のイオンミリングにより、図７に示すように、上側金属層５上に残ったフォトレジスト４を除去する（ステップＳ４）。この際に、イオンミリングの衝撃によってスパッタされたフォトレジスト４が上側金属層５の側壁にカバー膜１６として付着する。なお、０．２μｍ厚のフォトレジスト４を取りきるのに必要なイオンミリングを行うと、上側金属層５は１．５μｍ厚まで薄膜化される。また、スパッタされたフォトレジスト４が上側金属層５の側壁に十分に付着するようにイオンミリングの条件を設定する必要がある。

次に、図８に示すように、上側金属層５をマスクとして用いた第２のイオンミリングにより、上側金属層５の下方以外においてＧａＮ基板１上に存在する下側金属層２を除去する（ステップＳ５）。この第２のイオンミリングは第１のイオンミリングと同じ真空チャンバ１１内で連続して実施する。なお、イオンをＧａＮ基板１の主面に対して垂直に照射しているため、上側金属層５の下方にある下側金属層２は除去されずに残る。そして、スパッタされた下側金属層２がカバー膜１６上に残渣１７として付着する。

次に、図９に示すように、下側金属層２と上側金属層５が形成されたＧａＮ基板１を例えば１２０℃の高温にしたアルキルベンゼンスルホン酸系剥離液などの有機溶剤１８に長時間浸す。この有機溶剤１８は、フォトレジスト４を除去できるレジスト剥離液である。これにより、フォトレジスト４からなるカバー膜１６と共に残渣１７をリフトオフにより除去する（ステップＳ６）。なお、ドライアッシングなどによりカバー膜１６を除去すると残渣１７が残ってしまうため、有機溶剤１８などのエッチング液を用いてリフトオフを行う必要がある。

次に、３００〜４００℃の水素雰囲気中でシンター（Sintering)処理を行う（ステップＳ７）。これにより、ＧａＮ基板１と下側金属層２が接触面付近で合金化してオーミックコンタクトが形成され、コンタクト抵抗が低くなる。なお、フォトレジスト４からなるカバー膜１６は加熱すると変質して除去困難になるため、リフトオフ後にシンター処理を行う必要がある。以上の工程により図１０に示す配線構造が製造される。

本実施の形態では、電解めっきの給電層として用いた下側金属層２をエッチングするためにイオンミリングを用いる。このイオンミリングはＧａＮ基板１へのダメージが小さく微細な加工が可能である。しかし、他のドライエッチングに比べてイオンミリングでは、スパッタされた下側金属層２が上側金属層５の側壁に残渣１７として付着するという問題がある。

これに対して、従来は、フォトレジスト４を全て除去した後に全面に絶縁膜を形成し、それをドライエッチングすることで上側金属層５の側壁にサイドウォールを形成していた。しかし、フォトレジスト４とは別に絶縁膜を形成するため、製造コストが増加する。

一方、本実施の形態では、めっきマスクであるフォトレジスト４を全て除去せずに一部を残して薄膜化し、薄膜化したフォトレジスト４をイオンミリングによりスパッタして上側金属層５の側壁に付着させてカバー膜１６を形成する。このように、めっきマスクとして用いたフォトレジスト４をカバー膜１６の材料として流用することで、絶縁膜の材料費、消費エネルギー、工程数を削減できるため、製造コストを抑えることができる。そして、カバー膜１６上の残渣１７をリフトオフにより除去することができる。この結果、上側金属層５から残渣２７剥がれ落ちることによる悪影響を防ぐことができる。

また、本実施の形態では、薄膜化したフォトレジスト４に対する第１のイオンミリングと、下側金属層２に対する第２のイオンミリングとを、同じ真空チャンバ１１内で連続して実施する。これにより下側金属層２を除去するためのイオンミリングをカバー膜１６の形成に流用することになるため、カバー膜１６を形成するための追加の工程を省略することができる。

また、薄膜化したフォトレジスト４を除去するためのイオンミリングにおいて上側金属層５も薄膜化される。このため、フォトレジスト４の残し厚が大き過ぎるとフォトレジスト４を全て除去するまでに、上側金属層５が薄膜化され過ぎる。逆に残し厚が小さ過ぎると十分なカバー膜１６を形成することができない。従って、フォトレジスト４の残し厚を調整する必要がある。これに対して、本実施の形態では、フォトレジスト４を薄膜化する際にドライアッシング又はドライエッチングを用いる。これにより、Ｈ_２ＳＯ_４とＨ_２Ｏ_２の混合液などでフォトレジスト４をウェットエッチングする場合に比べて、フォトレジスト４の残し厚を調整しやすい。

また、上側金属層５をめっきで形成することで、上側金属層５の膜厚を厚く形成することができる。従って、フォトレジスト４の薄膜化と同時に上側金属層５も薄膜化されるが、上側金属層５の膜厚を確保することができる。

また、フォトレジスト４はフォトリソグラフィによりパターニングできるため、開口３を有するめっきマスクを容易に形成することができる。そして、フォトレジスト４を材料としたカバー膜１６は下側金属層２と上側金属層５に対して選択的にエッチングできるため、リフトオフでの下側金属層２と上側金属層５の侵食を抑制することができる。

実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造方法のフローチャートである。図１２〜図１９は、本発明の実施の形態２に係る配線構造の製造工程を示す断面図である。このフローチャート及び工程断面図を参照しながら実施の形態２に係る配線構造の製造方法を説明する。本実施の形態はめっきマスクとしてフォトレジストの代わりに酸化珪素又はチッ化珪素を用いる点が実施の形態１とは異なる。

まず、図１２に示すように、ＧａＮ基板１上に無電解めっき、蒸着法、スパッタ法などにより下側金属層２を形成する。下側金属層２上に酸化珪素又はチッ化珪素からなる絶縁膜１９を形成する。絶縁膜１９上に、絶縁膜１９の一部を露出させる開口２０を有するフォトレジスト２１をフォトリソグラフィにより形成する（ステップＳ１１）。下側金属層２の材料は金、膜厚は０．５μｍである。絶縁膜１９の膜厚は３μｍである。

次に、図１３に示すように、フォトレジスト２１をマスクとして用いて、絶縁膜１９を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などでエッチングして、絶縁膜１９に開口２２を形成する（ステップＳ１２）。その後、フォトレジスト２１を除去すると、図１４に示すように、下側金属層２の一部を露出させる開口２２を有する絶縁膜１９が下側金属層２上に形成される。

次に、図１５に示すように、亜硫酸金ナトリウムなどのめっき液中にＧａＮ基板１を配置し、絶縁膜１９をめっきマスクとして用いて下側金属層２に給電しながら電解めっきを行なう。これにより、絶縁膜１９の開口２２内において下側金属層２上に上側金属層５を形成する（ステップＳ１３）。上側金属層５の材料は金、膜厚は２．５μｍである。

次に、図１６に示すように、プラズマドライエッチングにより上側金属層５に対して絶縁膜１９を選択的にエッチングして絶縁膜１９を薄膜化する（ステップＳ１４）。例えば絶縁膜１９の残し厚を０．２μｍとする。

次に、図１７に示すように、第１のイオンミリングにより、上側金属層５上に残った絶縁膜１９を除去する（ステップＳ１５）。この際に、イオンミリングの衝撃によってスパッタされた絶縁膜１９が上側金属層５の側壁にカバー膜２３として付着する。

次に、図１８に示すように、上側金属層５をマスクとして用いた第２のイオンミリングにより、上側金属層５の下方以外においてＧａＮ基板１上に存在する下側金属層２を除去する（ステップＳ１６）。この第２のイオンミリングは第１のイオンミリングと同じ真空チャンバ１１内で連続して実施する。この際に、スパッタされた下側金属層２がカバー膜２３上に残渣１７として付着する。

次に、３００〜４００℃の水素雰囲気中でシンター処理を行う（ステップＳ１７）。これより、ＧａＮ基板１と下側金属層２が接触面付近で合金化してオーミックコンタクトが形成され、コンタクト抵抗が低くなる。なお、配線以外の箇所における合金化を防ぐために、配線以外の下側金属層２を除去する第２のイオンミリングの後にシンター処理を行う必要がある。

次に、図１９に示すように、下側金属層２と上側金属層５が形成されたＧａＮ基板１を例えば１２０℃の高温にしたフッ酸液、フッ化ナトリウム液、リン酸液などのエッチング液２４に長時間浸す。これにより、カバー膜２３と共に残渣１７をリフトオフにより除去する（ステップＳ１８）。以上の工程により実施の形態１と同様に図１０に示す配線構造が製造される。

本実施の形態では、めっきマスクである絶縁膜１９を全て除去せずに薄膜化し、薄膜化した絶縁膜１９をイオンミリングによりスパッタして上側金属層５の側壁に付着させてカバー膜２３を形成する。この場合でも、めっきマスクとしてフォトレジストを用いた実施の形態１と同様に、製造コストを抑えつつ、イオンミリングによる残渣を除去することができる。

絶縁膜１９をパターニングするためのフォトレジスト２１を別途形成する必要があるため、めっきマスクを形成する工程が実施の形態１よりも増える。ただし、めっきマスク又はカバー膜としてフォトレジストよりも酸化珪素やチッ化珪素を用いた方がよい場合などに本実施の形態を適用することができる。

また、シンター処理によりエッチング液２４に対する下側金属層２と上側金属層５の耐性が向上する。そして、酸化珪素又はチッ化珪素からなる絶縁膜１９は熱に強いため、絶縁膜１９からなるカバー膜２３が残っていてもシンター処理を行うことができる。従って、シンター処理の後にリフトオフを行えば、リフトオフでの下側金属層２と上側金属層５の侵食を抑制することができる。

なお、上記の実施の形態では、基板がＧａＮからなる場合について説明したが、これに限らずＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＣなどの他の半導体基板でもよく、ガラス基材などからなる絶縁基板でもよい。また、下側金属層２と上側金属層５の材質は金に限らず、銀、銅、白金などの他の金属でもよい。

本願発明は、高周波化合物デバイスなどの半導体装置の製造工程に適用できるが、これに限らずプリント基板などの製造工程にも適用でき、イオンミリングを用いる配線構造の製造工程に広く適用することができる。

１ＧａＮ基板（基板）、２下側金属層、３，２２開口、４フォトレジスト（絶縁膜）、５上側金属層、１１真空チャンバ、１６，２３カバー膜、１７残渣、１８有機溶剤（エッチング液）、１９絶縁膜、２４エッチング液

Claims

基板上に下側金属層を形成する工程と、
前記下側金属層の一部を露出させる開口を有する絶縁膜を前記下側金属層上に形成する工程と、
前記絶縁膜の前記開口内において前記下側金属層上に上側金属層を形成する工程と、
前記上側金属層に対して前記絶縁膜を選択的にエッチングして前記絶縁膜を薄膜化する工程と、
薄膜化した前記絶縁膜を第１のイオンミリングによりスパッタして前記上側金属層の側壁に付着させてカバー膜を形成する工程と、
前記カバー膜を形成した後に、前記上側金属層をマスクとして用いた第２のイオンミリングにより、前記上側金属層の下方以外において前記基板上に存在する前記下側金属層を除去する工程と、
前記第２のイオンミリングの後に前記カバー膜をエッチング液により除去する工程とを備えることを特徴とする配線構造の製造方法。
前記第２のイオンミリングによりスパッタされた前記下側金属層が前記カバー膜上に残渣として付着し、
前記エッチング液により前記カバー膜と共に前記残渣をリフトオフにより除去することを特徴とする請求項１に記載の配線構造の製造方法。
前記第１のイオンミリングと前記第２のイオンミリングを同じ真空チャンバ内で連続して実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の配線構造の製造方法。
前記絶縁膜を薄膜化する際にドライアッシング又はドライエッチングを用いることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の配線構造の製造方法。
前記下側金属層に給電しながら電解めっきを行なうことにより前記上側金属層を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の配線構造の製造方法。
前記絶縁膜はフォトレジストであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の配線構造の製造方法。
前記基板は半導体であり、前記カバー膜を除去した後にシンター処理を行って前記下側金属層と前記基板とのオーミックコンタクトを形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の配線構造の製造方法。
前記絶縁膜は酸化珪素又はチッ化珪素であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の配線構造の製造方法。
前記基板は半導体であり、前記第２のイオンミリングの後、前記カバー膜を除去する前にシンター処理を行って前記下側金属層と前記基板とのオーミックコンタクトを形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の配線構造の製造方法。