JP2960536B2

JP2960536B2 - 薄膜抵抗素子の形成方法

Info

Publication number: JP2960536B2
Application number: JP2329206A
Authority: JP
Inventors: 隆好渡部; 隆史井上; 齊岡; 稔田中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JPH04206505A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、すくなくとも、Cr、Si、Ｏを含む材料（以
後、Cr・SiO₂と略記する）の薄膜抵抗素子の形成方法に
係り、特に、Al/Cr・SiO₂等の積層金属薄膜をウェット
エッチングにより加工するに当り、Cr・SiO₂のエッチン
グの際にAl/Cr・SiO₂積属膜の端部を順テーパ形状にエ
ッチング加工しかつ、エッチング時間を容易に管理出来
るエッチングプロセスを提供するものであり、しかも上
記積層薄膜が、ポリイミドの様な有機層の上に形成され
た場合においても、Cr・SiO₂のエッチング残りが発生す
ること無く、加工を達成できる形成方法に関する。

〔従来の技術〕

計算機等に使用される電子回路においては、高速デジ
タル信号の伝送に伴う反射ノイズを抑えるため、集積回
路素子と伝送線路とのインピーダンス整合を取る目的
で、伝送線路インピーダンスと同一の抵抗値を持つ抵抗
器で終端する、いわゆる整合終端方式が採用されてい
る。そのため、集積回路を基板に搭載する際には、該集
積回路素子のパッケージまたは、その周辺に、終端用抵
抗器も同時に配置して、伝送線路等を終端処理を行な
う。

ところで、このインピーダンス整合のための抵抗素子
は、従来、個別の部品としてプリント基板やマルチチッ
プモジュール基板に外付けしていた。しかし、個別部品
では、小型化に限度があり、実装密度向上に適さない。

そこで、抵抗素子を実装基板に内蔵できれば、集積回
路素子の実装密度を大幅に向上し得る。その方法として
は、多層配線構造からなる実装基板の或る層の表面に抵
抗体薄膜を形成し、次いで、ホトエッチング工程により
所望の抵抗値を持つ素子形状に加工する方法が有利であ
る。この方法によれば、実装密度向上だけでなく、パタ
ーン精度即ち抵抗値精度の高い終端抵抗素子が形成でき
る上に、配線長の短縮により信号伝幡速度向上に大きな
効果がある。さて、この終端抵抗素子と上部配線とのオ
ーミックコンタクトを十分に確保するためには、抵抗材
料と配線材料を連続で成膜する方法が有効である。しか
し、配線材料の膜厚が厚いと、十分なパターン形成精度
が確保しにくいという問題がある。そこで、この連続成
膜により形成する配線材料の膜厚を薄くしておき、次い
で抵抗膜及び薄い配線材料からなる２層膜パターンをホ
トエッチング工程により形成し、その後、必要な膜厚だ
け配線材料を成膜して電極パターンを形成し終端抵抗素
子を形成するというプロセスを用いれば、さらに高精度
の薄膜抵抗素子の形成が可能となる。

さて、本願においては、抵抗膜としてCr・SiO₂合金、
電極及び配線材料としては、Alを用いることを前提とす
る。

ここで、抵抗膜及び薄い配線材料からなる積層膜を、
独立パターンとなる様にホトリソ工程によるエッチング
加工を施す必要がある。この時、工程簡略化の観点か
ら、一回だけのホトリソ工程により本積層膜を一挙に加
工出来ることが望ましい。また、特にCr・SiO₂エッチン
グ時にAl/Cr・SiO₂積層膜のパターン端部が順テーパ形
状に加工出来るようにしなければならない。これは、そ
の後工程のAl電極成膜時に、Al/Cr・SiO₂積層膜のパタ
ーン端部におけるAl電極膜のカバレジを確保し、このAl
膜のクラックを防止するためである。

さらに、特に大型計算機やスーパーコンピュータにお
いては、実装遅延時間短縮の目的でマイクロチップキャ
リヤやマルチモジュール基板等の実装基板にポリイミド
の様な誘電率の低い有機絶縁材料を用いた薄膜多層配線
が用いられる傾向にある。そこで、上記の終端抵抗素子
をポリイミドの様な有機膜上に形成する必要も出てき
た。

従って、抵抗膜のエッチングとしては、有機膜上に形
成された抵抗膜でも十分にエッチング除去出来ると同時
に、下地有機膜にダメージを与えるものであってはなら
ない。

さて、従来の薄膜抵抗素子の形成方法としては、ドラ
イエッチング方法とウェットエッチング方法とがある。
ドライエッチング方法は、特開昭63−252330号公報に記
載のように、CCl₄等のガスを用いてパターンニングする
ものである。この方法を用いて、たとえば、Al/Cr・SiO
₂積層膜をエッチング加工したところAl膜は、エッチン
グ出来るもののCr・SiO₂は、エッチングされなかった。

一方、ウェットエッチング方法は、特開昭60−83301
号公報に記載のように、硝酸とフッ化水素の混合液が挙
げられる。しかし、このエッチング液でAl/Cr・SiO₂積
層膜をエッチング加工したところ次の２つの問題が発生
した。第一にCr・SiO₂膜のアンダーカットが発生したAl
がひさし状になってしまうことがある（図1D参照）。こ
のため、後続のAl電極形成工程においてそのAl電極膜に
Cr・SiO₂膜端部よりマイクロクラッタが発生する問題が
生じた。これはCr・SiO₂膜のアンダーカットが、Al膜の
着き回りを阻害するためである。このクラックは、Al断
線の原因となる可能性があり信頼性の重大問題である。
また、上記Alのひさしが大きい場合は、これが脱落して
形状不良となる。第二の問題として、従来のエッチング
液を使用すると、Cr・SiO₂膜のエッチング残りが発生し
易く、特にポリイミドの様な有機膜上に成膜されたCr・
SiO₂膜に対しては、この現象が著しい。このため、例え
ば、Cr・SiO₂膜を除去した領域での下地の加工に悪影響
をおよぼしたり、さらに上層に薄膜を重ねる際の密着性
を阻害する等の問題が発生し易かった。

以上の様に従来の薄膜抵抗素子の形成方法では、ド
ライエッチング方法ではCr・SiO₂膜のエッチングが不可
能である。ウェットエッチング方法では、Al/Cr・SiO
₂積層膜の加工において、Cr・SiO₂膜端部が、アンダー
カットととなりこの後工程のAl電極成膜時にそのAl膜に
マイクロクラックの発生が起こり、信頼性に劣る問題が
あった。さらに、エッチング力が不十分なためにエッ
チング残りが発生し易く、特に下地がポリイミド等の有
機膜である場合に、その傾向が著しいという問題があっ
た。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、量産性、再現性の観点よ
りウェットエッチング方法が有利であるため新規なCr・
SiO₂膜のエッチング液を開発し本薄膜抵抗素子の形成を
行なった。

このエッチング液は、CrおよびSiO₂の両者に対し、
十分なエッチング力を持つこと、Alに対しても適切な
エッチング力を持ち、結果としてCr・SiO₂のアンダーカ
ットが発生せず、また、上層のAlのパターン端部が順テ
ーパ形状となること、適当なエッチング速度を持つこ
と、などの指針をもとに新規抵抗膜エッチング液組成物
を開発することとした。

先ず、Al、Cr・SiO₂の３種類の材料のそれぞれを単独
にエッチングできる試薬の混合物を基本とした。さら
に、エッチングの際中のホトレジスト密着力の増強に有
効なことが経験的に知られているフッ化アンモニウムを
添加し、また、Cr・SiO₂膜のエッチングを促進する効果
のある、リン酸を添加し目的を達成した。

〔作用〕

以上の様な方針に基づく、本発明のエッチング液の作
用について、さらに詳しく説明する。

Cr・SiO₂膜のエッチングは、従来の液でエッチングす
ると、２段階で進行する。エッチング初期は、エッチン
グ速度が速く、ここで大部分の膜厚が失われる。引き続
いてエッチングの遅い層があり、ここが全エッチング時
間の大部分を占めている。即ち、Cr・SiO₂膜は、性質の
異なる２種類の層が重なった状態になっており、エッチ
ングの遅い層の存在が、エッチング時間のバラツキ、エ
ッチング残りの原因ともなっている。特に、下地がポリ
イミドの様な有機層からなる場合には、その傾向が著し
い。このような、頑固なエッチング残りを完全に除去し
ようとするあまり、オーバーエッチング時間が長くな
り、必然的にCr・SiO₂膜のアンダーカット量が増えると
いう事になる。

本発明のエッチング液組成物はCr・SiO₂膜の上層の金
属であるAlに対して、Cr・SiO₂膜端部から順テーパ形状
に加工出来て、上記のようなエッチング残りの発生しや
すい、例えば、ポリイミドの様な有機膜上に成膜され
た、Cr・SiO₂薄膜に対しても十分なエッチング力を持つ
ものである。即ち、本発明のエッチング液組成物は、Cr
のエッチングには、塩酸、SiO₂のエッチングには、フッ
酸、フッ化アンモニウム、エッチング液の強化には、リ
ン酸、レジスト密着性の向上には、フッ化アンモニウム
を含有することを特徴としたものである。

なお、本発明のCr・SiO₂エッチング液組成物は、ポリ
イミドの様な有機膜の上に形成された、特にエッチング
残りを発生し易いCr・SiO₂薄膜を考慮して開発されたも
のであるが、それ以外の基板、例えば、ガラス、セラミ
ックス、Si半導体等の無機材料からなる基板の上に形成
されたCr・SiO₂薄膜のエッチングに対しても有効である
のは、言うまでもない。

〔実施例〕本発明の実施例について以下に説明する。まず本発明
の実験に用いた試料について述べる。基板としては、ア
ルミナ系セラミック基板（10cm×10cm）または、青板ガ
ラス（10cm×10cm）を用いた。これらの基板上にポリイ
ミドをスピン塗布し、所定温度で階段的にベークおよび
硬化させた。ポリイミドの最終膜厚は、14μｍとした。
これをスパッタ装置に入れ、所定条件で真空加熱乾燥を
行い、ポリイミド表面に、Cr・SiO₂（組成Cr・SiO₂＝66
wt％:34wt％）、Alの順に連続スパッタ成膜を行った。
スパッタ条件は、以下の通りである。

１）Cr・SiO₂スパッタ投入電力（RF）＝1.0 kw（２分） 0.5 kw（２分） 0.25kw（２分） Ar圧力＝0.2 Pa ２）Alスパッタ投入電力（DC）＝4.0 kw（８分40秒） Ar圧力＝0.2 Pa ３）Cr.SiO₂膜厚:2000Å ４）Al膜厚:4000Å 以上のように成膜した、Al/Cr・SiO₂薄膜上にポジ形
レジストを用いて所定の条件によりレジストパターンを
形成した。次いで、このレジストパターンをマスクとし
て、Alのエッチングを行なった。Alのエッチング条件
は、以下の通りである。

Alのエッチング条件：１）エッチング液組成：リン酸78部（体積分率）硝酸 2部（体積分率）酢酸15部（体積分率）水 5部（体積分率）２）液温:40℃ ３）エッチング時間：ジャストエッチング時＋30秒上記、Alエッチング液を調製し、これを、ウォータバ
ス中、所定温度に加温し、上記基板をエッチング液中に
浸漬静置し、Alをエッチングした。なお、ここまでは、
すべてのサンプルについて同一条件でプロセスを進め
た。

この後、第１表に示す種々のCr・SiO₂エッチング液組
成物を調製し、これを、上記条件によりAlエッチングの
完了したサンプリ基板を浸漬揺動したエッチングを行な
った。次に、サンプル基板を洗浄、乾燥後、レジスト剥
離液を用いてレジストを剥離した。

以上のエッチング工程をサンプルの断面図で模式的に
示したのが第１図である。ここで、Cr・SiO₂エッチング
後のAl/Cr・SiO₂膜端部形状は、従来のエッチング液で
エッチングした場合、Ｃの様になる。一方、Ｃ′は、本
発明の目標となる、Al/Cr・SiO₂膜端部形状を示したも
のである。レジスト剥離後の状態を示すＤにおいて、l₁
と表示した長さは、Cr・SiO₂の端面のAl端面からの後退
量であり、Cr・SiO₂のアンダーカット量と定義する。こ
こで、l₁＝０かつCr・SiO₂膜端部が順テーパ形状とな
る、すなわち、後工程のAl電極成膜時にマイクロクラッ
クを防止するための新規Cr・SiO₂膜エッチング液組成を
探索した結果、本発明の見出すことに至った。なお、Cr
・SiO₂エッチング残りの有無は、エッチング終了後のポ
リイミド表面をＸ線マイクロアナライザにより分析し判
定した。レジスト密着性については、Cr・SiO₂エッチン
グ後、または、エッチング終了後の水洗時に、目視によ
り観察し判断した。また、パターン形状の善し悪しは、
SEMにより観察し判断した。

以上のように行なった実施例の結果を、従来の方法を
同様の試料に対して用いた結果（比較例）とともに表１
に示し、以下に詳しく説明する。

1.比較例表１のNo.1,2に、比較例として従来の方法を用いた結
果を示す。

比較例１のドライエッチング方法では、Alのエッチン
グは、進行したがCr・SiO₂は、エッチングすることが出
来なかった。比較例２のフッ酸と硝酸の混合液では、す
べての特性について、満足するものが得られなかった。
比較例３のフッ酸に増粘剤としてポリエチレングリコール（PEG）を添加
した溶液では、Cr・SiO₂のエッチングが出来るもののCr
・SiO₂に７μｍのアンダーカットが発生しAlのひさしが
出来た。また、エッチング端部周辺のポリイミド上に、
Cr・SiO₂のエッチング残りが発生した。このエッチング
残りを完全に除去するあまり、オーバエッチング時間が
長くなり、必然的にCr・SiO₂のサイドエッチング量も増
えることになる。レジストの密着性も悪く、水洗時に、
レジストが脱落した。

以上のように、従来の代表的な方法では、いずれにお
いても満足すべきエッチング特性を得ることが出来なか
った。

2.実施例そこで、量産性、再現性の観点よりウエットエッチン
グ方法で本薄膜抵抗素子の形成を行ない、新規なCr・Si
O₂膜のエッチング液組成を探索し、表１のNo.4〜17に示
す新しいエッチング液組成を見出すことが出来た。

表１中、実施例１は、Crのエッチング強化とAlひさし
除去を目的としてフッ酸に、塩酸と塩化カリウムを加え
た液組成である。Alのひさしは、出来なかったが、レジ
スト密着性が悪く、Alのひさしが行き過ぎCr・SiO₂膜端
部がダメージを受けた。エッチング残りも皆無に出来な
かった。そこで、レジストの密着性増強に有効なことが
経験的に知られている、フッ化アンモニウムの添加によ
りレジスト密着を改善した液組成が実施例２である。Cr
・SiO₂のアンダーカット量は、ゼロに出来、レジスト密
着も満足するものが得られた。特に、Al/Cr・SiO₂膜端
部は、順テーパ形状であり、目標としたものが得られ
た。しかし、Cr・SiO₂のエッチング残りが著しかった。
次に、液の粘度を上げ、Cr・SiO₂のアンダーカットを抑
える目的でリン酸を加えた液組成が、実施例３である。
予想に反して５μｍに及ぶCr・SiO₂のアンダーカット量
が発生した。しかし、Cr・SiO₂のエッチング残りが完全
に消失した。リン酸添加により、Cr・SiO₂のエッチング
残りを皆無にすることが出来たが、この作用機構の詳細
については不明である。

そこで、実施例２、３の相乗効果を狙った、液組成が
実施例４〜６である。ここでは、特にフッ酸の濃度を変
化させた。いずれにおいても、Cr・SiO₂のエッチング残
りは、皆無に出来た。パターン形状については、フッ酸
含有量の減少と共に悪くなる傾向であった。一方、Cr・
SiO₂のアンダーカット量も減少する傾向であるが、ゼロ
にすることは出来なかった。次に、アンダーカット量を
ゼロに出来ると共にエッチング残りをなくす目的で、塩
酸、リン酸の濃度の最適化を図った結果が実施例７〜９
である。その結果、表１に示すように、実施例９のエッ
チング液組成で全てのエッチング特性を満足するものが
得られ、特に、Al/Cr・SiO₂膜端部においては、順テー
パ形状が実現出来た。

なお、本発明のエッチング液組成物は、上記実施例９
の液組成のみに限定されるものではない。すなわち、液
組成の最適範囲をさらに詳細に調べた結果以下に示す濃
度範囲が好適であることを見出した。塩酸の濃度が1.92
mol/より大きく、2.6mol/より小さい範囲で用いる
ことが望ましい。これよりも低い濃度領域（例えば、実
施例８）では、Cr・SiO₂のアンダーカット量が大きくな
り膜端部を順テーパ形状に出来なかった。また、高い濃
度領域（例えば、実施例10）も低濃度領域同様の結果と
なる。リン酸の濃度については、0.26mol/より大き
く、0.77mol/より小さい範囲で用いることが望まし
い。これよりも低い濃度領域（例えば、実施例11）で
は、Cr・SiO₂のエッチング残りを発生する問題がある。
また、高い濃度領域（例えば、実施例12）では、エッチ
ング残りは皆無に出来るがアンダーカット量が大きくな
る。フッ酸の濃度については、5mol/より大きく、10m
ol/より小さい範囲で用いることが望ましい。これよ
りも低い濃度領域（例えば、実施例６）では、Al/Cr・S
iO₂のパターン形状が悪くなる問題がある。また、高い
濃度領域（例えば、実施例４）では、Cr・SiO₂のアンダ
ーカット量が大きくなる。フッ化アンモニウムの濃度に
ついては、3.2mol/より大きく、5.4mol/より小さい
範囲で用いることが望ましい。これよりも低い濃度領域
（例えば、実施例13）では、レジストの密着が劣り、ま
た、Cr・SiO₂のアンダーカット量も小さいながらゼロで
はない。また、高い濃度領域（例えば、実施例14）で
は、パターン端部を順テーパ形状にできるものの、エッ
チング残りが激しい。

以上述べてきたように、本発明により、Cr・SiO₂の最
適エッチング液組成物が見出され、これを用いてエッチ
ング残りがなく、かつ、Cr・SiO₂のアンダーカットをゼ
ロに出来、Al/Cr・SiO₂膜端部を順テーパ形状に加工で
きることが示された。そこで、本発明のエッチング液組
成物を用いて、ポリイミド薄膜上のAl/Cr・SiO₂の２層
膜をエッチングし、次いで、Al電極を成膜した所、その
Al膜にマイクロクラックの発生がなく、信頼性の高い薄
膜抵抗素子の形成が出来た。

なお、本発明のエッチング液を適用するにあたり、Al
/Cr・SiO₂膜が形成される下地基板は、上記実施例に限
定されるものではなく、種々ガラス板、Siウエハ、種々
セラミックス基板にも適用できる。

〔発明の効果〕

本発明は、高性能の薄膜抵抗素子の形成方法を与える
ものであり、特に、Al/Cr・SiO₂の多層金属薄膜をウエ
ットエッチング加工するにあたり、Cr・SiO₂膜のアンダ
ーカットが発生せず、かつ、Al/Cr・SiO₂積層膜を順テ
ーパ形状に加工する形成方法を提供するものである。し
かも上記多層金属薄膜が、ポリイミドの様な有機薄膜上
に形成された場合においても、Cr・SiO₂のエッチング残
りが発生することなく、かつ、再現性よくCr・SiO₂のエ
ッチング加工を実施することが出来る。本発明のエッチ
ング液を用いれば、単に、Cr・SiO₂膜と加工が出来るば
かりでなく、Al/Cr・SiO₂膜端部を順テーパ形状に出来
るため、その後、Al電極膜を成膜する際に、Cr・SiO₂膜
のパターン端部でAl膜にマイクロクラックを発生させる
ことが無い。従って、集積回路素子のマイクロチップキ
ャリヤあるいは、マルチチップモジュール基板等の実装
基板に内蔵される、薄膜抵抗素子を信頼性高く形成でき
る技術を提供するものである。

また、本発明のエッチング液は、１回のホトレジスト
工程で、エッチング液を切り替えながら上層から順にエ
ッチングを施すことが出来、その間レジストが剥離する
ことがないため、プロセスが大巾に簡略化できる。

また、エッチング力が強いため、有機薄膜の様な反応
性に富む下地材料の上に形成されたCr・SiO₂に対しても
エッチング力を失わない。このことからも判るようにプ
ロセス変動による膜質変化に対してもある程度対応でき
るものであり、Al/Cr・SiO₂成膜プロセスに対するマー
ジンが広く、かつ下地基板に依らず、完全なCr・SiO₂の
エッチング除去が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に関し、Al/Cr・SiO₂積層膜の
エッチング工程を、従来のエッチング液と発明したエッ
チング液との比較したエッチング工程を、試料の断面図
により示した図、第２図はAl電極マイクロクラック発生
メカニズムを示す図である。１……レジストパターン、２……Al層３……Cr・SiO₂、４……ポリイミド層５……ムライト基板または青板ガラス６……エッチング残渣７……Al電極層８……Al電極飯マイクロクラック l₁……Cr・SiO₂のアンダーカット量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中稔神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所神奈川工場内 (56)参考文献特開平１−108706（ＪＰ，Ａ) 特開平２−185985（ＪＰ，Ａ) 特開平４−185693（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01C 17/06 C23F 1/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、抵抗膜を膜厚0.1〜0.5μｍに形
成する工程、上記抵抗膜全面にアルミニウムを膜厚0.1
〜10μｍに形成する工程、上記アルミニウム膜上にホト
レジストのパターンを形成する工程、ウェットエッチン
グ法により上記アルミニウム膜を所定のパターンに形成
する工程、続いてウェットエッチング法により、アルミ
ニウム膜が除去された領域の抵抗膜を除去する工程、上
記ホストレジストを除去する工程、さらに、上記各工程
を終えた基板表面全域に膜厚0.1〜10μｍのアルミニウ
ム膜を形成する工程、電極形成部分を除く上記抵抗膜上
のアルミニウム膜をウェットエッチング法により除去す
る工程とを含む薄膜抵抗素子の形成方法であって、上記
抵抗膜の材料が、クロム及びSiO₂の混合物であり、クロ
ム/SiO₂重量比が３〜１であることを特徴とする薄膜抵
抗素子の形成方法。
【請求項２】上記抵抗膜が有機膜表面上に形成されてい
る基板を使用することを特徴とする請求項第１項記載の
薄膜抵抗素子の形成方法。
【請求項３】上記ウェットエッチング法で、アルミニウ
ム膜／抵抗膜の積層膜を１回のホトリソ工程で加工する
ことを特徴とする請求項第１項記載の薄膜抵抗素子の形
成方法。