JP3295870B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム若し
くはアルミニウム合金からなる構造、例えば、アルミニ
ウム層若しくはアルミニウム合金層からなる電極又は配
線を有し、且つ前記構造（配線又は電極）がアルカリ系
湿式異方性エッチングに対して有効に保護されたシリコ
ン半導体装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のマイクロマシーニングにより、半
導体装置例えば熱型センサ、圧力センサ、加速度セン
サ、角速度センサ等の各種デバイスには、高集積化、微
細化、高感度化、高機能化等の種々の要望が成されてお
り、このような要望を満たすために、半導体装置の構造
は平面的な構造から立体的な構造に漸次移行されつつあ
る。半導体装置において所望の立体構造を形成するため
には、乾式異方性エッチングや湿式異方性エッチングな
どの異方性エッチング技術が用いられる。

【０００３】異方性エッチングの際に、異方性エッチャ
ント（異方性エッチング剤）から電極や特定機能を有す
る層を保護したり、又は、異方性エッチングの際に、電
極や特定機能を有する層の所定部分をエッチングせずに
残す必要が生じる場合がある。前記の場合の対策として
は種々の方法が考えられており、例えば特開昭６３−１
５６３４１号公報には、シリコン半導体基板上に形成さ
れた銅電極上にバリア金属膜（例えば、ＴｉＮ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｔａ，Ｃｒ等からなる膜）を形成し、乾式異方性エ
ッチング（例えば、反応性イオンエッチング法を使用）
の際に、前記銅電極の側面のバリア金属膜を残す方法が
提案されている。又、特開昭６２−４０７２４号公報に
は、シリコン半導体基板上に形成されたチタンシリサイ
ド（ＴｉＳｉ）層上に、前処理に用いる弗酸（ＨＦ）に
対する保護層としてＴｉＮ層を形成する方法が提案され
ている。

【０００４】他方、従来より、シリコン半導体における
電極又は配線材料としては、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金が多用されている。しかしながら、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金はアルカリ系湿式異方性エッチ
ャント（アルカリ系湿式異方性エッチング剤；例えば、
ＫＯＨ，ＴＭＡＨ，ＥＤＰ等の水溶液）に侵され易いた
め、電極又は配線材料としてアルミニウム又はアルミニ
ウム合金が使用される半導体の製造においてアルカリ系
湿式異方性エッチングを適用する場合には、何らかの対
策を必要としていた。そのため、このような半導体の製
造工程は複雑になり、又、アルカリ系湿式異方性エッチ
ングによる汚染（アルカリイオンによる半導体装置の汚
染）防止のために特別の装置を必要とするなどの種々の
問題が生じ、これらは半導体装置（例えば、デバイス）
の製造コストを上げる原因となっていた。それ故、アル
ミニウム又はアルミニウム合金のエッチングがされない
アルカリ系湿式異方性エッチング技術の開発が要望され
ている。

【０００５】従来、アルミニウム層又はアルミニウム合
金層を有する半導体装置の製造にアルカリ系湿式異方性
エッチングを適用するには、代表的には下記の方法が行
われていた。 ａ）アルカリ系湿式異方性エッチング後に、アルミニウ
ム層又はアルミニウム合金層の形成を行う。 ｂ）アルカリ系湿式異方性エッチングに対する耐性を有
する保護膜（例えば、酸化膜など）により、アルミニウ
ム層又はアルミニウム合金層を保護する。 ｃ）アルミニウム又はアルミニウム合金のエッチング程
度の低いアルカリ系湿式異方性エッチャント（例えば、
ＥＤＰなど）を選択して使用する。 ｄ）電極材料をアルミニウム又はアルミニウム合金から
金に変える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記方
法ａ〜ｄには以下のような種々の問題が有る。 ａの
ように、アルカリ系湿式異方性エッチング後にアルミニ
ウム層又はアルミニウム合金層を形成する方法では、ア
ルカリ系湿式異方性エッチングにより基板と分離された
部分の構造強度が弱いため、アルミニウム層又はアルミ
ニウム合金層を形成した後、これを更にエッチングする
ためのフォトリソグラフィや湿式エッチングの適用が困
難である。 ｂのような方法でアルミニウム層又はア
ルミニウム合金層を保護した場合には、酸化膜などの通
常使用される保護膜は導電性を有しないので、アルミニ
ウム層又はアルミニウム合金層との電気的接触を行うた
めに保護膜除去工程が必要となる。しかし、この保護膜
除去工程をフォトリソグラフィや湿式エッチングで行う
ことは困難である。 ｃのような方法では、アルミニ
ウム層又はアルミニウム合金層のエッチングされる厚さ
を考慮して、この厚さを予め付け増ししておくといった
ことが必要になり、加工精度が低下し、ウェハ内でのア
ルミニウム層又はアルミニウム合金層の厚さのばらつき
が増加し性能が低下する。加えて、アルミニウムによる
半導体装置の汚染の問題も生じる。 ｄのような方法
では、貴金属である金の使用により製造コストが上が
る。

【０００７】本発明は前記従来技術の問題点を解決する
ためのものであり、その目的とするところは、アルカリ
系湿式異方性エッチングが不都合なく適用可能であり且
つ性能の優れた半導体装置を容易に得ることができるそ
の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の半導
体装置の製造方法は、シリコン半導体基板上に第一の層
として、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる層
を形成し、前記第一の層上に第二の層として、チタン又
は窒化チタンからなる層を形成し、次いでテトラメチル
アンモニウムハイドライド水溶液又はエチレンジアミン
ピロカテコール水溶液を用いるアルカリ系湿式異方性エ
ッチングによりシリコン半導体基板に３次元構造を形成
することを特徴とする。

【０００９】本発明においては、チタン又は窒化チタン
からなる層でアルミニウム又はアルミニウム合金からな
る層を被覆して保護することにより、テトラメチルアン
モニウムハイドライド水溶液又はエチレンジアミンピロ
カテコール水溶液を用いて容易にアルカリ系湿式異方性
エッチングを行い得る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の方法で製造される半導体
装置は、電極又は配線などの導電部材として従来アルミ
ニウム又はアルミニウム合金が使用されている半導体装
置であればよく、具体的には例えば各種センサ（熱型セ
ンサ、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサ等）が
挙げられる。

【００１１】本発明の方法では、アルカリ系湿式異方性
エッチャントとして、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニ
ウムハイドライド）水溶液又はＥＤＰ（エチレンジアミ
ンピロカテコール）水溶液を用いる。前記エッチャント
は、単独で又は組み合わせて使用することができる。ア
ルカリ系湿式異方性エッチングにおける条件（例えば、
エッチャント濃度、処理温度、処理時間等）は適宜選択
する。

【００１２】本発明の方法で使用するシリコン半導体基
板は、シリコン半導体の分野で通常使用されるものであ
ってよい。又、シリコン半導体基板に形成される３次元
構造も、目的とする半導体装置の種類に応じて選択して
よい。

【００１３】アルミニウム又はアルミニウム合金からな
る層は、導電層（通常電極又は配線）として使用される
ので、前記層の大きさ、形状、厚さは、導電層として機
能し得るように適宜選択する。前記アルミニウム合金
は、同種分野で慣用のものであってよい。

【００１４】本発明の方法においては、導電性で且つア
ルカリ系湿式異方性エッチングに耐え得る材料として、
Ｔｉ又はＴｉＮ（窒化チタン）を用いる。Ｔｉ又はＴｉ
Ｎは、単独で又は組み合わせて使用することができ、Ｌ
ＳＩプロセスとの適合性の観点で好ましい。

【００１５】Ｔｉ又はＴｉＮの選択は、目的とする半導
体の種類に応じて、又、更に考慮すべき事項〔例えば、
熱伝導率，比熱，導電率，密度，内部応力等〕があれば
それを考慮して、選択する。

【００１６】Ｔｉ又はＴｉＮからなる層の大きさ、形
状、厚さは、前記層がアルミニウム又はアルミニウム合
金からなる層の保護層として使用される場合に、適切な
保護が行われ且つ導電層として機能し得るように適宜選
択する。

【００１７】本発明の半導体装置の製造方法において
は、同種分野で慣用の装置や設備を用いてよい。

【００１８】

【実施例】以下の実施例により、本発明を更に詳細に説
明する。 ＜実施例１＞ 本実施例は、半導体装置のパッド部のアルミニウム又は
アルミニウム合金への適用例である。図１（ａ）の如
く、シリコン半導体基板１〔本例では（１００）基板，
なお、（１１１）基板などであってもよい〕の上面にウ
ェル２，膜３（例えば、酸化膜）、アルミニウム（Ａ
ｌ）又はアルミニウム合金からなる層のパッド部４及び
回路部５が形成され、又、シリコン半導体基板１の下面
に膜６が形成されている。図１（ｂ）の如く、膜３，パ
ッド部４及び回路部５を覆って表面保護膜７を形成す
る。次いで図１（ｃ）の如く、パッド部４上の表面保護
膜７を一部除去して、パッド部４に窓８を開ける。次い
で図１（ｄ）の如く、窓８の内面全体を覆うチタン（Ｔ
ｉ）膜９〔窒化チタン（ＴｉＮ）膜でもよい〕を設け
る。図１（ｅ）の如く、シリコン半導体基板１の上面に
エッチング用の窓１０を開け、又、シリコン半導体基板
１の下面にもエッチング用の窓１１，１２を開ける。次
いで図１（ｆ）の如く、シリコン半導体基板１の上下両
面をアルカリ系湿式異方性エッチングして、所望の３次
元構造（凹所１３及び貫通孔１４）を形成する。本実施
例においては、Ａｌ，Ｔｉの成膜にスパッタリングを用
いたが、電子ビーム蒸着などの他の成膜手段を用いても
よい。

【００１９】＜実施例２＞ 本実施例は、半導体装置のアルミニウム又はアルミニウ
ム合金部分全体への適用例である。図２（ａ）は図１
（ａ）と同じ状態にある。図２（ｂ）の如く、上面全体
（膜３及びパッド部４を含むアルミニウム又はアルミニ
ウム合金からなる層全体）をチタン膜９で覆う。次い
で、図２（ｃ）の如く、アルミニウム又はアルミニウム
合金からなる層の上部を除いてチタン膜９を除去する。
次いで図２（ｄ）の如く、シリコン半導体基板１の上面
にエッチング用の窓１０を開け、又、シリコン半導体基
板１の下面にもエッチング用の窓１１，１２を開ける。
次いで図２（ｅ）の如く、シリコン半導体基板１の上下
両面をアルカリ系湿式異方性エッチングして、所望の３
次元構造（凹所１３及び貫通孔１４）を形成する。本実
施例においても、実施例１と同様にＡｌ，Ｔｉの成膜は
スパッタリング，電子ビーム蒸着などで行う。

【００２０】

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法において
は、インテリジェントセンサの回路部、パッド等の電極
形成後の加工においても、アルカリ系湿式異方性エッチ
ングを用いることが可能であり、半導体装置の加工の自
由度を広げることができる。しかも、チタン又は窒化チ
タンからなる層は保護膜としての機能と導電材としての
機能を併有しているため、保護膜として用いた場合でも
保護膜除去工程が不必要であり、半導体装置の製造工程
を簡略化することができる。

【００２１】本発明の方法により得られる半導体装置に
おいては、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる
層（第一の層）の表面がチタン又は窒化チタンからなる
層（第二の層）で覆われているので、アルミニウム又は
アルミニウム合金からなる層がエッチングされることは
ない。従って、エッチングによる膜厚の減少が起こらな
いので、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる寸
法精度の優れた導電部（電極又は配線）を容易に得るこ
とができ、半導体装置の信頼性が向上する。又、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金からなる層が露出していな
いため、アルミニウム又はアルミニウム合金の経時劣化
（酸化など）を防ぐことができ半導体装置の耐久性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を説明するための図である。

【図２】本発明の実施例２を説明するための図である。

【符号の説明】 １：シリコン半導体基板 ２：ウェル ３，６：膜 ４：パッド部 ５：回路部 ７：表面保護膜 ８，１０，１１，１２：窓 ９：チタン膜 １３：凹所 １４：貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−262529（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−275618（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3205 H01L 21/321 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 27/20 H01L 29/84 H01L 21/306 - 21/3063

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン半導体基板上に第一の層とし
   て、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる層を形
   成し、前記第一の層上に第二の層として、チタン又は窒
   化チタンからなる層を形成し、次いでテトラメチルアン
   モニウムハイドライド水溶液又はエチレンジアミンピロ
   カテコール水溶液を用いるアルカリ系湿式異方性エッチ
   ングによりシリコン半導体基板に３次元構造を形成する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。