JP2882442B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2882442B2 JP4344976A JP34497692A JP2882442B2 JP 2882442 B2 JP2882442 B2 JP 2882442B2 JP 4344976 A JP4344976 A JP 4344976A JP 34497692 A JP34497692 A JP 34497692A JP 2882442 B2 JP2882442 B2 JP 2882442B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属薄膜からなる受動
素子を搭載した半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来技術】従来、金属薄膜からなる受動素子を搭載し
た半導体装置として、磁気抵抗素子薄膜を用いた磁気セ
ンサが知られている。これは、図1に示すように、トラ
ンジスタ等の集積回路素子を有する単結晶Si基板1上
に絶縁膜4を形成し、その絶縁膜4上にAl等の配線材
料9を形成し、そのAl等の配線材料9上にNi−F
e,Ni−Co等の磁気抵抗素子薄膜10を形成するよ
うにしている。ここでAl等の配線材料の磁気抵抗素子
薄膜とのコンタクト部を作製するとき、磁気抵抗素子薄
膜が、通常数百Åと非常に薄いため、磁気抵抗素子薄膜
の段切れが懸念されるために、基板に対して斜状にAl
等配線材料の端部を形成すべくリン酸:硝酸:酢酸等の
エッチング液を用いたテーパエッチングを施すようにし
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年デバイス
の小型化のニーズにより高集積化が進んでおり、そのた
めにAl等の配線幅が減少してきており、従来のような
テーパエッチングでは、Al等の配線の段切れが起こる
という問題が発生するようになった。
【0004】そこで、本発明者らは、Al等の配線材料
のエッチングを、まず、集積回路素子部にリン酸:硝酸
等のエッチング液を用いたスピンエッチングもしくは異
方性エッチングを施し、次に、コンタクト部にリン酸:
硝酸:酢酸等のエッチング液を用いたテーパエッチング
を施すというように、エッチング工程を2回に分けるよ
うにして上記問題を解決することを着想した。
【0005】しかしながら、2回目のテーパエッチング
において、テーパエッチング後に単結晶Si基板1に対
して、電気的導通のある1a部および1b部と、電気的
導通のなくなる1c部において、Al等の配線材料のエ
ッチングレートが4倍も違うことが判明した。そのた
め、エッチング条件を出すことが非常に困難になってし
まい、安定的な2回目のリン酸:硝酸:酢酸等のエッチ
ング液を用いたテーパエッチングができないという問題
が発生している。
【0006】これは、エッチング液とAl等の配線材料
と単結晶Si基板との間で化学的反応にて電圧が発生
し、エッチング液とAl等の配線材料と単結晶Si基板
に電流が流れることでエッチング反応が促進させられ、
単結晶Si基板1に対して、電気的導通のある1a部お
よび1b部では、電解エッチングとなり、テーパエッチ
ング後に単結晶Si基板1に対して、電気的導通のなく
なる1c部での、化学反応エッチングに比べて、エッチ
ングレートが速くなるためと考えられている。
【0007】そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、A
l等の配線材料における、金属薄膜からなる受動素子と
のコンタクト部のテーパエッチングの際に、各コンタク
ト部のエッチングレートが等しく安定したテーパエッチ
ングとなるような半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上記目的を達成するために、基板上に、該基
板と接続部を有する第一配線層と、前記基板上に絶縁膜
を介して形成され、金属薄膜からなる受動素子とのコン
タクト部を有する第二配線層とを形成するに際し、前記
コンタクト部を短絡するようにパターニングする工程
と、前記コンタクト部をテーパエッチングしてテーパ部
を設ける工程と、前記第一配線層および前記第二配線層
を形成後に、前記絶縁膜上に該第二配線層と前記テーパ
部を介して電気的に接続される前記金属薄膜からなる受
動素子を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明によると、第二配線層の金属薄膜からな
る受動素子とのコンタクト部において、テーパエッチン
グ後に基板に対して、電気的導通のあるコンタクト部
と、電気的導通のなくなるコンタクト部とを、配線材料
と同一材料で短絡するようにしているため、前記コンタ
クト部作製のためのテーパエッチング時に、テーパエッ
チング後に基板に対して電気的導通のなくなるコンタク
ト部にもエッチングの化学的反応による電流が流れるこ
ととなる。これにより、すべての第二配線層の金属薄膜
からなる受動素子とのコンタクト部のテーパエッチング
が電解エッチングとなる。
【0010】
【実施例】本発明を磁気センサに具体化した一実施例を
図面に従って説明する。図2は、磁気センサの断面図で
あり強磁性磁気抵抗素子薄膜10と信号処理回路とが同
一基板内に集積化されている。又、図3には図2のA部
すなわち、Al等の配線材料と強磁性磁気抵抗素子薄膜
とのコンタクト部の拡大図を示す。
【0011】図4〜図8には、その製造工程を示す。ま
ず、図4に示すように、単結晶Si基板1の主表面に、
公知の半導体加工技術を用いて縦形NPNバイポーラト
ランジスタを形成する。つまり、単結晶Si基板1の主
表面上に、N+ 型埋込層2,N- 型エピタキシャル層3
を形成する。そして、N- 型エピタキシャル層3の主表
面上にシリコン酸化膜4をCVD装置を用いて形成し、
シリコン酸化膜4を所望の回路パターンによりホトエッ
チングし、不純物の拡散にてP+ 型素子分離領域5、P
型拡散領域6、N+ 型拡散領域7,8を形成する。即
ち、N+ ならばリンを、P+ ならばボロンをイオン注入
法もしくは拡散法により選択的に拡散して形成する。こ
のようにして、縦形NPNバイポーラトランジスタがN
+ 型埋込層2,N- 型エピタキシャル層3,P+ 型拡散
領域6,及びN+ 型拡散領域7,8にて構成され、この
トランジスタを後述する強磁性磁気抵抗素子薄膜10か
らの信号を増幅する。
【0012】次に、シリコン酸化膜4にフォトリソグラ
フィを用いて選択的に開口部4aを開け、コンタクト部
を形成する。そして、単結晶Si基板1の主表面上に薄
膜のAl等の配線材料9を蒸着法あるいはスパッタ法に
より堆積する。その後、このAl等の配線材料9をまず
リン酸:硝酸等のエッチング液を用いたスピンエッチン
グもしくは異方性エッチングにて加工する。このエッチ
ングにより、図5(a)中に示す回路素子部9Aにおい
て配線パターンが形成される。また、このエッチングの
際、強磁性磁気抵抗素子薄膜10とのコンタクト部9B
においては、同図(a),(b)に示すように各コンタ
クト部5aと5b,5cと5dと5e,5fと5gと5
hをそれぞれ5A,5B,5Cにより短絡されるように
エッチングを施すようにする。
【0013】そして、スピンエッチングの後、短絡され
たコンタクト部5a〜5hにリン酸:硝酸:酢酸等のエ
ッチング液を用いたテーパエッチングを施すことによっ
て、図6(a),(b)に示すようにコンタクト部5a
〜5hを作製する。
【0014】その後、バイポーラトランジスタのコンタ
クト部とのオーミックコンタクトを得るためにアルミシ
ンターと呼ばれる熱処理を、例えば450℃,30分、
フォーミングガス(N2 +H2 )中の条件で行う。
【0015】しかる後に、単結晶Si基板1を真空容器
内に配置し、例えばアルゴンにてAl等の配線材料9の
表面に成長した酸化膜をプラズマエッチングし、引き続
き、真空を保持したまま、図6に示すように、Al等の
配線材料9を含めたシリコン酸化膜4の上に強磁性磁気
抵抗素子薄膜10を例えば電子ビーム蒸着法により堆積
する。この強磁性磁気抵抗素子薄膜10は、Fe,Co
を含み、Niを主成分とした強磁性体薄膜、即ちNi−
FeあるいはNi−Coの薄膜からなり、厚さが500
Å程度(200〜2000Å)になっている。そして、
図8に示すように、強磁性磁気抵抗素子薄膜10をエッ
チングして所定のブリッヂパターンに形成する。この
際、強磁性磁気抵抗素子薄膜10とAl等の配線材料9
は、図3に示すように強磁性磁気抵抗素子薄膜10をA
l等の配線材料9の斜状部9aに十分オーバラップさせ
る。この斜状部9aにより、強磁性磁気抵抗素子薄膜1
0とAl等の配線材料9との電気的接合が行われる。こ
のようにAl等の配線材料9の端部をテーパ構造とする
ことにより、強磁性磁気抵抗素子薄膜10とAl等の配
線材料9との間での断線故障が回避される。
【0016】次に、真空熱処理(真空アニール)を一定
時間(例えば、30分)行う。この真空熱処理条件とし
ては、温度が350〜450℃で、真空中(例えば10
-2Torr 程度以下)とする。このとき、強磁性磁気抵抗
素子薄膜10とAl等の配線材料9とのコンタクト部に
はNi−Al系合金が形成され、強磁性磁気抵抗素子薄
膜10とAl等の配線材料9とはこのNi−Al系合金
を介して電気的に接続される。
【0017】その後に、図2に示すように、シリコンナ
イトライドよりなる表面保護膜11をプラズマCVD装
置を用いて成膜する。つまり、単結晶Si基板1を20
0〜400℃程度の温度とし、ガス(モノシラン,窒
素,アンモニウム等)を流し、高周波電源によりプラズ
マを励起させシリコンナイトライド膜を堆積させる。さ
らに、この表面保護膜11を導通用端子部のみエッチン
グして開口部を設ける。この表面保護膜11にて強磁性
磁気抵抗素子薄膜10と、単結晶Si基板1の主表面に
製作した回路素子とが外気から保護される。
【0018】このように製造された磁気センサにおいて
は、単結晶Si基板1の主表面に作製したNPNトラン
ジスタ、及び図示しないPNPトランジスタ,拡散抵
抗,コンデンサ等の回路素子をAl等の配線材料9によ
り電気的に接続して、電気回路として機能させている。
【0019】上記のように、本実施例によると、Al等
の配線材料のエッチング工程における、1回目のスピン
エッチングにおいてAl等の配線材料の強磁性磁気抵抗
素子薄膜とのコンタクト部5a〜5hを、図5(a),
(b)に示すように、Al等の配線材料により5A〜5
Cのごとく短絡するようにしているため、各コンタクト
部5a〜5hの作製のためのテーパエッチングにおい
て、単結晶Si基板1と、エッチング液(例えば、本実
施例ではリン酸:硝酸:酢酸)と短絡部5A〜5Cを通
して、各コンタクト部5a〜5hにエッチングの化学反
応による電流が等しく流れるため、各コンタクト部5a
〜5hは、すべて電解エッチングとなり、エッチングレ
ートの等しい安定したエッチング工程となる。
【0020】上記テーパエッチングの結果を図9を用い
て説明する。従来、単結晶Si基板1にて対して、電気
的導通のある1a部および1b部と、電気的導通のない
1c部とにおいて、エッチングレートに4倍の格差があ
ったものが、単結晶Si基板1に対して、直接電気的導
通のある5a,5c,5d,5h部と、短絡部5A〜5
Cを介して電気的導通が設定された5b,5e,5f部
とにおけるエッチングレートの差を、約1.5倍程度ま
で縮めることができるようになった。
【0021】以上のように、Al等の配線材料の強磁性
磁気抵抗素子薄膜とのコンタクト部作製のためのテーパ
エッチングにおいて、すべてのコンタクト部のエッチン
グレートがほぼ等しく、安定したエッチング工程となる
半導体装置の製造方法を提供することができる。
【0022】この発明は前記実施例に限定されるもので
はなく、例えば、Al等の配線金属は、Al以外にもA
l−Si系やAl−Si−Cu系であってもよい。さら
には、前記実施例では、バイポーラトランジスタ上に形
成した磁気センサについて説明したが、C−MOS,B
i−CMOS等のMOSFET上形成した磁気センサや
ディスクリートの磁気センサにも適用できる。
【0023】又、前記実施例では、表面保護膜としてシ
リコンナイトライド膜(SixNy)について、述べた
が、SiON等の他の窒化膜を保護膜として用いてもよ
い。さらには、保護膜としてこれら窒化膜に加え、最終
保護膜として上層にポリイミド膜を被着するようにして
もよい。
【0024】
【発明の効果】上記のように本発明によれば、第二配線
層の金属薄膜からなる受動素子とのコンタクト部作製の
ためのテーパエッチングが、すべてのコンタクト部にお
いて電解エッチングとなるため、各コンタクト部のエッ
チングレートがほぼ等しく、安定したテーパエッチング
となるような金属薄膜からなる受動素子が搭載された半
導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】磁気抵抗素子薄膜までを形成した半導体装置の
断面図である。
【図2】磁気抵抗素子の断面図である。
【図3】図1中のA部を拡大した断面図である。
【図4】絶縁膜を形成し基板と電極とのコンタクト部を
設けるまでの断面図である。
【図5】(a)は、テーパエッチングを施すAl等の配
線材料の磁気抵抗素子薄膜とのコンタクト部を短絡した
状態となるように、スピンエッチングを施した断面図で
ある。(b)は、(a)と同様な半導体基板の主表面図
である。
【図6】(a)は、テーパエッチングを施した断面図で
ある。(b)は、(a)と同様な半導体基板の主表面図
である。
【図7】強磁性磁気抵抗素子薄膜を堆積した断面図であ
る。
【図8】強磁性磁気抵抗素子薄膜を形成した断面図であ
る。
【図9】従来技術と本発明の一実施例との配線金属のエ
ッチングレートの差をを比較した図である。
【符号の説明】
1 単結晶シリコン基板 2 N+ 型埋込層 3 N- 型エピ層 4 シリコン酸化膜 5 P+ 型素子分離領域 6 P+ 型拡散領域 7,8 N+ 型拡散領域 9 Al等の配線材料 10 強磁性磁気抵抗素子薄膜 11 表面保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 好 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−196435(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 43/08 H01L 21/28 H01L 21/306 H01L 21/822 H01L 27/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に、該基板と接続部を有する第一
    配線層と、前記基板上に絶縁膜を介して形成され、金属
    薄膜からなる受動素子とのコンタクト部を有する第二配
    線層とを形成するに際し、前記コンタクト部を短絡する
    ようにパターニングする工程と、 前記コンタクト部をテーパエッチングしてテーパ部を設
    ける工程と、 前記第一配線層および前記第二配線層を形成後に、前記
    絶縁膜上に該第二配線層と前記テーパ部を介して電気的
    に接続される前記金属薄膜からなる受動素子を形成する
    工程と、 を有することを特徴とした半導体装置の製造方法。
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