JP5772133B2 - 湿式エッチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、特にアルミ薄膜を形成したシリコン基板表面に回路形成を行う配線基板の製造に適用して好適な湿式エッチング方法に関する。

従来、アルミニウムを用いたシリコン配線基板は湿式エッチングによって配線形成を行っていた。しかし特許文献１のようにその集積密度が高くなるにつれ、湿式エッチングによって微細配線の均一形成が困難になり、その結果、主流はガスエッチングを使用する乾式エッチングに代わることとなった。

しかし、乾式エッチングはそのプロセスに真空を要求されること、また同時に多数の基板を処理することが困難でありコスト上昇の原因になっている。

一方、特許文献２のような湿式エッチングにおいても、金属を除去する部分に貴金属を接触させ、局部電池効果によってエッチングを促進させるという提案もあるが、この方法では、接触している部分が優先的にエッチングされてしまう結果、接触部近傍はエッチングが完了しても、接触部遠方においては金属が残留し、結果としてエッチング不良となる懸念があった。

特開昭５２−６９８３１号公報 特開昭６１−１９８７２８号公報

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、エッチングを要する部分全面にエッチングを効率的に進行させる機能を持った金属を付与し、さらにアルミニウム等の卑金属のエッチング中に発生する水素ガスを抑制することで、生産性が高く、均一処理が行え、微細配線の形成を可能にした湿式エッチング方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の発明によれば、水素よりも電気化学列で卑な金属層を有する基板において、この金属層よりも電気化学列において貴な金属で構成された機能金属を付与する工程と、水素よりも電気化学的に貴で機能金属層よりも電気化学的に卑な金属のイオンを有する酸性の処理液に浸漬することによって湿式エッチングを行う方法が提供される。この水素よりも電気化学列で卑な金属としては、例えばアルミニウム、鉄、ニッケルなどが挙げられる。

また第２の発明によれば、前記第１側面と第２側面に記載された基板上に形成された金属層はアルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金であることを特徴とする湿式エッチング方法が提供される。

また第３の発明によれば、前記第１側面から第３側面まで記載された機能金属は、金、銀、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウムであることを特徴とする湿式エッチング方法が提供される。

また第４の発明によれば、前記第１側面から第４側面に記載された機能金属は、その金属がイオン化した溶液に、金属層を浸漬することによって形成することを特徴とする湿式エッチング方法が提供される。

また第５の発明によれば、前記第１側面から第５側面まで記載された処理液は、銅、銀、白金の少なくともひとつ以上の金属イオンと硝酸を含むことを特徴とした湿式エッチング方法が提供される。

また第６の発明によれば、前記第１側面、第２側面に記載された湿式エッチング方法において、基材がシリコンであることを特徴とした湿式エッチング方法が提供される。

本発明によれば、シリコン配線基板上のアルミニウム層を湿式エッチングによって配線形成をする際に、エッチング速度を向上させ、エッチング部分から水素ガスを発生させないことで微細パターンを配線形成する手段を提供できる。

これによって、湿式エッチングを採用できるので、短時間に大量の基板を同時に処理することが可能であり、安価に配線基板を製造することが可能になる湿式エッチング方法を提供できる。

本発明の第１および第２実施形態に係るシリコン配線基板の製造工程を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係わるシリコン配線基板を図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係るシリコン配線基板の製造工程を示す概略断面図である。

第１工程：シリコン基体１上には、アルミまたはアルミ合金で形成された金属層２が形成されている。アルミ合金は、例えばアルミ銅合金やアルミシリコン合金などを選択できるがこれに限定されるものではない。この上に一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて金属層２を残す部分にのみレジスト４を形成しておく（図１（ａ））。

第２工程：この基板を水素よりも貴な機能金属３として例えばパラジウムを用いた液を使用する。この液としては塩化パラジウム溶液に基板を浸漬することで、金属層２の表層と機能金属３が置換され機能金属が金属層２の表面に付与される。このとき、付与される機能金属は粒子状であり、金属層上に点在するように析出する（図１（ｂ））。

このとき、浸漬時間を長くしたり、濃度を高くしたりすると付与される量が多くなり、粒子が密に付与されてしまい層を形成し金属層が封止されエッチングが行えなくなるため、付与量は多すぎてはいけない。一方で、少なすぎると付与される機能金属が面内に粗な状態になるため、必要な部分に機能金属が影響を及ぼせなくなることから、均一なエッチングが行えなくなる。そのため、その液濃度と時間には調整が必要である。この調整方法には、透過型電子顕微鏡などを用いて機能金属が点在していることを確認するという方法がある。しかしながら、湿式による電気化学列の差のみによって行われる金属置換はその密着力が弱いため、機能金属が多量に付与されたとしても、例えば機能金属を付与する薬液から取り出しただけで脱落することから、必要以上に付与された機能金属は脱落しやすく、金属層が封止されることはほとんどないため、製造条件を比較的広くとることが可能になる。しかしながら、蒸着などによって機能金属を付与するとこれが金属層と密着して皮膜が形成されやすいため、不要な機能金属を除去することが困難であり、付与条件を細かく調整することが必要であることから、湿式による付与が推奨される。

第３工程：この基板をエッチング液に浸漬することで、金属層２が水素イオンと置換し溶解されエッチングが進行するが、機能金属３を有することで金属層が陽極となり酸化され、機能金属が陰極となって電子を放出する局部電池を構成するため通常のエッチングよりも高速に行うことが可能になる。

さらに、エッチング液が水素よりも貴であり、機能金属３よりも卑な金属を含む液であることで、例えば銅イオンを含む液であればエッチング中にアルミが酸化され置換金属５である銅が機能金属上に析出することで水素ガスの発生を抑制し微細パターンの形成を行い易くする（図１（ｃ））。

その一方で、析出金属５である銅はエッチング液に含まれる硝酸により溶解され機能金属上から消失する。これを繰り返すことで、アルミは酸化され、銅は析出するが再び溶解することでエッチングが進行する（図１（ｄ））。

このとき、エッチング液に含まれる金属イオンは0.01mol/L以上であると金属イオンの析出量が多すぎ、金属層２を被覆してしまう虞があり、一方で0.0001mol/L以下では析出量が少なく、水素ガスが発生してしまう。このことより、金属イオン濃度は0.001mol/L以上0.005mol/L以下が好ましく、0.001mol/L以上0.003mol/L以下とすることがさらに好ましい。

また機能金属は、金属層２がエッチングされることで基体上から離脱するため、基板１に残ることはない。また、機能金属であるパラジウムも銅も置換反応によって析出したためアルミニウムとの化合物は形成しておらず、密着力は強固でないため、このとき基板近傍に強力な液流を発生させることで、これらの異種金属の離脱を促進させることができる（図１（ｅ））。

第４工程：この基板をアルカリや溶剤などを用いてレジストを剥離することで配線形成が完了する（図１（ｆ））。

この他に好ましい組み合わせとしては次のものが挙げられるが、これらに限られるものではない。

・金属層：アルミニウムまたはアルミニウム合金
機能金属層：白金
エッチング液：ヨウ素溶液 ヨウ素溶液は０．５ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度での使用が好ましい。

・金属層：鉄または鉄合金
機能金属層：ルテニウム （塩化ルテニウムを使用することが好ましい）
エッチング液：銅イオンを含む液
（第２実施形態）
また、第１実施形態の第２工程によって機能金属層を形成した基板に、第３工程として機能金属層によって還元される酸化種を含む水溶液に浸漬することで、同様なエッチングを行うことができるが、酸化種を選択することでこれらが還元された際に固形物が析出せずより異物付着の懸念を減らすことができるようになる。この場合のエッチング液にはたとえば、ヨウ素、臭素、バナジン酸、キノン、などを選択することができるが、これに限定されるものではない。

以上の方法により、アルミニウムエッチングにおいて水素ガスが発生しない湿式エッチング方法を提供し、これによって微細パターンの形成が可能になる。

アルミ層が形成されたシリコン基板上に、フォトリソグラフィー技術を使用して配線幅１００マイクロメートル、間隙１００マイクロメートルのレジストパターンの形成を行ったものを、濃度1g/Lの塩化パラジウム水溶液に１分間浸漬し、表面にパラジウムの機能金属を付与した。

この基板を銅を0.00１mol/L含むリン酸と硝酸の混合溶液に浸漬し、エッチング液がシリコン基板上に均一に流動するように液流を調整すると、基板からの水素ガス発生は低減しエッチングが進行した。これによって、配線間に水素ガスが滞留することなくエッチングを行うことが可能にであった。

析出した銅は、エッチング中の液流により剥離したり、硝酸によって溶解されたりすることでアルミ上から除去され、またパラジウムは下地のアルミニウムが溶解することで除去され、基板上に残ることは無かった。

比較例１

アルミ層が形成されたシリコン基板上に、フォトリソグラフィー技術を使用して配線幅１００マイクロメートル、間隙１００マイクロメートルのレジストパターンの形成を行ったものを、金属イオンを含まないリン酸と硝酸の混合溶液に浸漬し、エッチング液がシリコン基板上に均一に流動するように液流を調整すると、アルミニウムからは水素ガスが発生しながら溶解しはじめた。しかしながらアルミニウムのエッチングが進行すると、発生した気泡によって配線間に金属残りが発生してしまい、配線形成が行えなかった。

上記実施形態によれば、機能金属層を均一に形成することで、金属イオンを含むエッチング液を使用してエッチングを行うことが可能になる。

１…基体、２…金属層、３…機能金属層、４…レジスト、５…置換金属。

Claims (6)

1. 基体上に積層された金属層を湿式エッチング法によって所望のパターンを形成する方法であって、
   水素よりも電気化学列で貴かつ前記金属層よりも貴な金属によってなされる機能金属層を金属層上に形成する工程と、
   水素イオンより電気化学列で貴であり、前記機能金属層よりも電気化学列で卑な金属イオンを含む酸性の処理液によって前記金属層をエッチングする工程と、
   を具備したことを特徴とする湿式エッチング方法。
2. 前記金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金の中から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の湿式エッチング方法。
3. 機能金属は、金、銀、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウムのいずれかであることを特徴とした、請求項１または２に記載の湿式エッチング方法。
4. 前記機能金属層は、金属をイオン化した溶液に金属層を浸漬することで金属層表面に析出させることを特徴とした請求項１乃至３のいずれか１項に記載の湿式エッチング方法。
5. 前記処理液は、銅、銀、白金の金属イオンを少なくとも１つと硝酸イオンを含むことを特徴とした請求項１に記載の湿式エッチング方法。
6. 前記基体はシリコンであることを特徴とする、請求項１に記載の湿式エッチング方法。

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