JPH07228984A

JPH07228984A - クロムエッチング液組成物およびそれを使用した方法

Info

Publication number: JPH07228984A
Application number: JP2011994A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Watabe; 隆好渡部; Takashi Inoue; 隆史井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、新たなＣｒエッチング液を見
出し微細配線が可能とすることにある。【構成】この新規Ｃｒエッチング液は、設計通りの微細
配線を十分満足するための加工を施すために見出したエ
ッチング液である。そのためには、エッチング液にＣｒ
溶解を促進するための塩素イオン添加によりＣｒ膜の
エッチング速度増強により侵漬する時間短縮を図りレジ
ストダメージの低減とする、エッチング液を強力なも
のにし下地表面のエッチング残りを皆無にする、１回
のホトリソ工程にてつまり１つのレジストにて、Ｃｒ／
Ｃｕ／Ｃｒ積層膜をエッチング出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくともクロム／銅
／クロム（以下、Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒと略記）積層膜のエ
ッチング液組成物に係、特にＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜を
ウエットエッチングにより加工するにあたり、１回のホ
トリソ工程つまり１つのレジストにて上記積層膜をウエ
ットエッチング加工を容易に管理出来るエッチングプロ
セスであり、しかも上記積層膜がポリイミドの様な有機
膜の上に形成された場合においても下層のＣｒ膜がエッ
チング残り無くまた、Ｃｕ膜に対して選択性があり、下
層Ｃｒ膜が銅膜に対してアンダーカット量ゼロにでき高
精度の加工を達成出来るエッチング液組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品の小型化、軽量化、及び、高性
能化などの技術が著しい発展をしているなか、特に、装
置部品の高密度化は、ますます増大し最近では、大型計
算機やスーパーコンピュータにおいて、実装される素子
の高速化が進み、素子自身の高速性能を最大限に発揮さ
せることが、高速演算処理のために、重要不可欠となっ
てきている。すなわち、回路配線を多層化の方法を用い
て小型化、低誘電率化を計り高密度化した、多層配線基
板が一般的に用いられている。また、配線抵抗の低抵抗
化に対しては、その材料として、Ａｌ、銅などが用いら
れているが、これからのますますの高速演算処理の要求
にたいしては、ポリイミドのような誘電率の低い有機絶
縁材料との組合せにより多層化させる傾向にある。

【０００３】しかしながら、このように多層化された回
路配線は、各層間の密着強度、絶縁材料に影響を受けな
い配線材料を用いなければ、層間剥離や配線抵抗が高く
なるなどの問題を起こしかねない。このために、一般的
配線導体、例えば、銅の配線材料と有機絶縁膜では、密
着用金属としてクロムなどが用いられている。

【０００４】実際の素子上においては、電子機器の小型
化高集積化を満たすためには、微細配線パターンを形成
する必要がある。すなわち、低抵抗でかつ微細配線が容
易である銅を配線材料とした高アスペクト比の配線形成
が重要である。このため、例えば銅を加工するのにウエ
ットエッチング方法を用いた場合いによると、アンダー
カット量が大きいため設計通りのエッチングができない
のは、一般的に知られている。そのような課題を踏まえ
た、エッチング方法にしなければならない。

【０００５】さて従来のＣｒエッチング液として、特開
昭４９−１５５３５号公報記載のエッチング液を用いて
Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜をエッチングしたところ次ぎの
２つの問題が発生した。

【０００６】第１に、Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜をまず最
初に上層Ｃｒ膜を膜厚０.０５μｍエッチングする時間
侵漬しその後、基板洗浄後、レジスト密着のため乾燥ベ
ークを行なったところレジスト表面に”線的なクラッ
ク”が発生した。これは、応力が集中するレジスト角
部、また、異物を起点として発生した。また、例えば、
レジスト密着のための乾燥ベークを行なわないで、Ｃｕ
膜、下層Ｃｒ膜までエッチングすると前記したクラック
とは別のレジスト表面に”微細なクラック”が生じた。
この様な現象が起きては、下層Ｃｒ膜エッチング時にレ
ジスト膜厚が厚い場合は、問題無く加工が出来る。しか
し、レジストが薄くなってしまう凹凸形状のＣｒ／Ｃｕ
／Ｃｒ積層膜を加工する場合は、レジスト全層にクラッ
クが入りエッチング液がしみこんで上層Ｃｒ膜をアタッ
クしてしまいＣｕ膜が露出してしまい満足のいく加工が
出来ない。

【０００７】第２に、この方法で下層Ｃｒまでエッチン
グしたところ、下層Ｃｒ膜のエッチング残りが発生し易
く、特にポリイミドのような有機膜上に成膜されたＣｒ
／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜に対しては、この現象が著しい。こ
のため、エッチング残りが発生すると、配線間ショート
の原因となるので論外の問題である。

【０００８】以上の様に従来のＣｒ膜エッチング液を用
いて、例えばポリイミドのような有機膜上にＣｒ／Ｃｕ
／Ｃｒ積層膜を形成して上層Ｃｒ膜、Ｃｕ膜、下層Ｃｒ
膜を１回のホトリソ工程つまり１つのレジストにてエッ
チングを行なったところ、上層Ｃｒ膜エッチング後、
乾燥ベークにてレジストにダメージを与えレジストクラ
ックを生じてしまい満足のいく加工が出来ない。乾燥
ベーク無しにてエッチングを行なっても下層Ｃｒ膜エッ
チング時に同様のレジストダメージを与えレジストクラ
ックを生じてしまう。エッチング力が不十分なために
下層Ｃｒ膜のエッチング残りが発生し易く、特に下地が
ポリイミドのような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。上記のような欠点を種々検討
した結果、過マンガン酸カリウム系エッチング液を強化
し、レジストダメージの低減を図りかつエッチング残り
の無い新規なＣｒ膜エッチング液を見出し問題を解決し
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、下地
がガラス上のＣｒ膜単独の加工を施すには、なんら問題
無くＣｒ膜のエッチング加工が出来るが、Ｃｒ／Ｃｕ／
Ｃｒ積層膜の場合は、１回のホトリソ工程つまり１つの
レジストにて上層Ｃｒ膜、Ｃｕ膜、下層Ｃｒ膜をエッチ
ングしようとするとレジストにダメージを与えクラック
が生じ満足のいくエッチング加工が出来ない。また、エ
ッチング力が弱いため、下層Ｃｒ膜エッチン時にエッチ
ング残りが発生するという問題がある。

【００１０】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ため、新たなＣｒ膜エッチング液を見出し、レジストク
ラックが無くＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜のエッチングにな
んら問題無くエッチング加工が出来ると共にエッチング
液強化することにより下地表面にエッチング残りを発生
させることの無い、Ｃｒ膜エッチング液組成物およびそ
れを使用したエッチング方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題を達成するため
に、新規なＣｒ膜のエッチング液を見出した。

【００１２】このエッチング液は、過マンガン酸カリウ
ムによるレジストダメージを抑えるため、上記従来エッ
チング液にＣｒ溶解を促進するための塩素イオン添加に
よりＣｒ膜のエッチング速度増強により侵漬する時間
短縮を図りレジストダメージの低減とすること、エッ
チング液を強力なものにし下地表面のエッチング残りを
皆無にすること、１回のホトリソ工程にてつまり１つ
のレジストにて、Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜をエッチング
出来ること、などを特徴とするＣｒ膜エッチング液組成
物およびそれを使用したエッチング方法を提供すること
にある。

【００１３】

【作用】本発明のＣｒ膜エッチング液は、１回のホトリ
ソ工程にてつまり１つのレジストにてＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ
積層膜を順次ウエットエッチングにより加工が可能とし
た新規なＣｒ膜エッチング液およびそれを使用したエッ
チング方法である。例えば、ポリイミドのような有機膜
上にＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜を形成しても１回のホトリ
ソ工程にて下層Ｃｒ膜までレジストクラックが無く設計
通りにエッチング加工が出来しかも下層Ｃｒ膜がＣｕ膜
に対してアンダーカット量がゼロにできかつ下地表面に
エッチング残りを皆無にできることを特徴とするＣｒ膜
のエッチング液組成物およびそれを使用したエッチング
方法である。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例について図１を用いて以下に
説明する。まず本発明の実験に用いた試料についてのべ
る。基板としては、セラミック基板（１０ｃｍ×１０ｃ
ｍ）または、ガラス板（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を用い
た。

【００１５】この基板にポリイミドをスピン塗布し、所
定温度で段階的にベーク及び硬化させた。ポリイミドの
最終膜厚は、７μｍ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ない、引き続き真空中
でポリイミド表面にスパッタエッチ処理を施し、十分な
脱ガスを行なった後、Ｃｒ，Ｃｕ，Ｃｒの順に連続スパ
ッタ成膜を行なった。スパッタ条件は、以下の通りであ
る。

【００１６】スパッタ条件１）スパッタエッチ投入電力＝０.２５ｋｗ（４分）０.５ｋｗ（２分）Ａｒ圧力＝８×１０⁵Ｐａ２）下層Ｃｒスパッタ投入電力（ＲＦ）＝２ｋｗＡｒ圧力＝０.２Ｐａ３）Ｃｕスパッタ投入電力（ＤＣ）＝３ｋｗＡｒ圧力＝０.６Ｐａ４）上層Ｃｒスパッタ投入電力（ＲＦ）＝２ｋｗＡｒ圧力＝０.２Ｐａ５）下層Ｃｒ膜厚：８００Å 上層Ｃｒ膜厚：５００Å ６）Ｃｕ膜厚：５．０μｍ以上のように成膜したＣｒ/Ｃｕ/Ｃｒ薄膜上にポジ形レ
ジストを膜厚１０μｍ以上で所定の条件によりレジスト
パターンを形成する。次いで、このレジストをマスクと
して、レジストが無い部分の上層Ｃｒ膜のエッチングを
行なう。続けて、上層Ｃｒ膜がエッチング除去されたＣ
ｕ膜を（Ｃｕを溶解するものであればどのエッチング液
でもよい）エッチング除去する。その後、さらに続け
て、下層Ｃｒ膜をエッチング除去する、この時Ｃｒのエ
ッチング液は、上層Ｃｒ膜エッチングで用いた液で行な
う（１つの液にて行なった方が工程が簡便でありコスト
低減が図られる）。上記各工程を終えた基板を洗浄、乾
燥後、レジスト剥離液を用いてレジストを剥離する。な
お、上層Ｃｒ膜の膜厚が厚い理由は、下層Ｃｒ膜をエッ
チング除去するとき上層Ｃｒ膜がひさしにならないため
である。また、エッチング工程が終了したあとの水洗
は、常識的に行なわれる。以上の工程を示したのが図１
である。ここで、上層Ｃｒエッチング後の状態を示す
（３）においてｌ₁と示す長さは、レジストに対する上
層Ｃｒ膜のアンダーカット量である。一方レジスト剥離
後の状態を示す（６）においてｌ₂と示す長さは、Ｃｕ
膜に対する下層Ｃｒ膜のアンダーカット量である。これ
ら、ｌ₁，ｌ₂は、レジストの寸法および上層Ｃｒ膜の寸
法、Ｃｕ膜の寸法、下層Ｃｒ膜の寸法から求めた。レジ
ストクラックは、金属顕微鏡にて観察し、下層Ｃｒ膜エ
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た。以上の
ようにＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜をウエットエッチングに
加工を行ない、その中でもＣｒ膜エッチングを新規なＣ
ｒ膜エッチング液と従来のエッチング液とを比較し以下
に述べる。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１中、Ｎｏ．１は、従来のエッチング液
にて行なった結果である。このエッチング液では、レジ
ストクラックがあり、エッチング残りも発生した。しか
し、下層Ｃｒ膜のアンダーカット量は、ゼロにできた。
このレジストクラックは、エッチング時間が長すぎたた
めエッチング液によりダメージされ発生したと考える。
そこで、この液組成に塩素イオン源として塩化カリウム
の添加を試みエッチング速度増強とエッチング力強化を
図った。Ｎｏ．２〜１１に新しいエッチング液組成条件
を見出すことができその結果を示す。種々検討したとこ
ろ、表中、Ｎｏ．２〜５に示す液組成、条件は、塩素イ
オン濃度を変化させた事例である。Ｎｏ．４の組成、条
件が最適でありエッチング特性が良好であった。さら
に、エッチング特性のマージンを広げる目的で、液温を
変化させた事例がＮｏ．９〜１１である。その結果、液
温５０℃以上では、レジストクラックが発生し、また、
下層Ｃｒ膜のアンダーカット量が０．５μｍとなんら問
題は無いが大きくなってしまった。

【００１９】ここで、本発明のエッチング液組成は、上
記実施例のみに限定されるものではない。ただし、アル
カリ濃度としては、ｐＨ１１．５〜１３の範囲で用いる
ことが望ましい。ｐＨ１１．５未満では、Ｃｒの溶解が
起こらずエッチングができなかった（表中、Ｎｏ．
８）。また、ｐＨ１３以上では、レジストクラックが発
生してしまうためである。一方、塩素イオン源となる塩
化カリウムの濃度としては、０．３〜２．０ｍｏｌ／ｌ
の範囲で用いることが望ましい。箇例かの濃度では、下
層Ｃｒ膜のエッチング残りが完全に除去しきれない場合
（表中、Ｎｏ．２）があり、また、これ以上の濃度で
は、塩化カリウムが溶解しなくなり（表中、Ｎｏ．６）
これ以上添加する意味が無い。

【００２０】以上述べてきたように、本発明によりＣｒ
／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜を１回のホトリソ工程つまり１つの
レジストにて順次エッチングできるＣｒ膜のエッチング
液を見出され、これを用いてレジストクラックを無く
し、エッチング残りなくかつ下層Ｃｒ膜のアンダーカッ
ト量ゼロとする高精度の高いエッチング加工が実現でき
たことを示される。また、本発明派のエッチング液を用
いて、ポリイミド膜上にＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜を形成
して実際に配線パターンをエッチングしたところ、極め
て高精度に設計通りに加工が達成できた。

【００２１】なお、本発明のエッチング液組成を適用す
るにあたっては、Ｃｒ膜が形成される下地基板として上
記実施例に限定されるものではなく、種々ガラス板、Ｓ
ｉウエハ、種々セラミック基板等にも適用できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、上記したとおりの高性能のＣ
ｒエッチング液組成物およびそれを使用したエッチング
方法である。特にＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜をエッチング
加工するにあたり１回のホトリソ工程つまり１つのレジ
ストにて３層膜をエッチングでき、この時下層Ｃｒ膜ま
でレジストクラックが無くアンダーカット量ゼロにでき
かつエッチング残りを皆無とするエッチングプロセスを
提供するものである。しかも上記Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層
膜が、ポリイミドのような有機膜上に形成された場合に
おいても、下層Ｃｒ膜のエッチング残りが発生すること
無く、かつ高精度にＣｒ膜のエッチング加工を実施する
ことができる。このため、本発明のエッチング液組成物
を用いれば、単にＣｒ膜の加工が制度良くできるばかり
ではなく、実際の配線を設計形状通りに制御性良く加工
できる。従って、高アスペクト比の微細配線が可能とな
るため基板自体の小型化ができ、配線長が短くできるた
め電気信号の伝播速度向上に大きな効果がある。それ
に、配線導体を低抵抗である銅膜を用いているため電気
信号の減衰が少なく、発熱量も低減でき消費電力も減少
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＣｒエッチング液を見出すためエッチ
ングプロセスで各工程におけるＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層膜
の形状を示す図である。

【符号の説明】

１…上層Ｃｒ膜、２…Ｃｕ膜、３…下層Ｃｒ膜、４…ポリイミド、５…ホトレジスト。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水、アルカリ、塩素イオン源となる塩類お
よび過マンガン酸カリウムからなることを特徴とするク
ロムエッチング液組成物。
【請求項２】該アルカリの濃度がｐＨ１１.５以上１３
未満となる量、塩素イオン源となる塩類の濃度が０.３
から２.０ｍｏｌ／ｌであることを特徴とする請求項１
記載のクロムエッチング液組成物。
【請求項３】該アルカリが水酸化カリウムまたは、ｐＨ
を１３と出来る塩類であり、塩素イオン源となる塩類が
塩化カリウムまたは、塩素の塩類であることを特徴とす
る請求項１記載のクロムエッチング液組成物。
【請求項４】該エッチング組成物において、クロム膜が
ポリイミド樹脂の様な有機膜表面に形成された場合、エ
ッチング残りの発生が無くかつクロムのアンダーカット
量がゼロに出来、高精度にクロム膜の加工が出来ること
を特徴とする請求項１記載のクロムエッチング液組成
物。
【請求項５】水、アルカリ、塩素イオン源となる塩類お
よび過マンガン酸カリウムからなることを特徴とする、
クロムエッチング液組成物を使用するエッチング方法。
【請求項６】該アルカリの濃度がｐＨ１１.５以上１３
未満となる量、塩素イオン源となる塩類の濃度が０.３
から２.０ｍｏｌ／ｌであることを特徴とする請求項１
記載のエッチング液組成物を使用するエッチング方法。
【請求項７】該アルカリが水酸化カリウムまたは、ｐＨ
を１３と出来る塩類であり、塩素イオン源となる塩類が
塩化カリウムまたは、塩素の塩類であることを特徴とす
る請求項１記載のエッチング液組成物を使用するエッチ
ング方法。
【請求項８】該エッチング組成物において、クロム膜が
ポリイミド樹脂の様な有機膜表面に形成された場合にお
いても、エッチング残りの発生が無くかつクロムのアン
ダーカット量がゼロに出来、高精度にクロム膜の加工が
出来ることを特徴とする請求項１記載のエッチング液組
成物を使用するエッチング方法。