JPS5934798B2 - 陽極酸化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は導体膜の陽極酸化方法に関し、陽極酸化によつ
て得られる金属酸化膜の耐圧向上を目的。

としており、特に金属配線路を選択的に酸化する場合に
有効である。半導体装置は高密度化されるにしたがつて
多層配線構造となる場合が多く、このときに用いられる
金属配線路の材質としては、半導体材料およびその酸化
物との密着性からＡｔ（アルミニウム）がもつとも一般
的であり、蒸着によつて半導体ウェーハ上に被着形成さ
れた後、レジストを用いたフォト工程によつて所望のパ
ターンを得ている。

多層配線を行なうためには下地となる第１の金属配線路
とその上方に形成される第２の金属配線路との間に適当
な絶縁物を設けねばならない。この適当な絶縁物として
、例えばＣＶＤ法でＳｉＯ２の薄膜を被着形成する場合
を考えると、第１の金属配線路の厚みのため段差部でＳ
ｉＯ２膜が段切れを生じやすくＳｉＯ２膜を厚く形成せ
ねばならず、また第１の金属配線路の材質がＡｔの場合
には熱処理温度を５００℃以下に選ばねばならず、Ｓｉ
Ｏ２膜の緻密化処理が不十分となり、多層配線間の耐圧
を上げることが困難であつた。つぎに第１の金属配線路
を酸化して上記適当な絶縁物とする場合を考えると化学
的な酸化では金属配線路が薄膜であるために耐圧のばら
つきが大きく再現性に乏しかつた。

電気化学的な陽極酸化では極めて再現性よく安定な酸化
膜を形成することが可能で、Ａｔの電解コンデンサがそ
の典形的な例と言える。しかしながら陽極酸化では酸化
したい領域は全て電気的に接続されていなければならず
、後に所望の配線路を切り離したり、あるいは第１と第
２の金属配線路を接続するためにも第１の金属配線路を
選択的に陽極酸化する必要がある。

このとき最も一般的なマスク材として半導体装置の製造
プロセスではフォトレジストが使用される。第１図ａは
Ａ−Ａ’より下方をポジレジストＡＺ１３５０Ｊで１．
５μｍの厚みでおおつた状態で陽極酸化した状態を示す
。

第１図ａにおいて１は陽極酸化のなされたＡｔ２ｏ３膜
、２部分はＡｔ膜１の下に位置する半導体基板上のＳｉ
Ｏ２膜を示す。

さて陽極酸化の一般的なＡｔの陽極酸化では化成液には
強酸性の高濃度硫酸やアルカリ性の水酸化ナトリウム希
釈液が用いられるが、周知のごとく感光性樹脂は高濃度
硫酸に対しては容易に溶解し、選択的陽極酸化が実施不
能である。またＳｉを主とする半導体プロセスでは可動
性アルカリイオンを極端に嫌うため水酸化ナトリウム溶
液を用いることは危険視される制約がある。そこで上記
以外の化成液としては例えば電解液はエチレングリコー
ル、溶質は５ホウ酸アンモンを重量比１０％で混合し、
陽極化成は１４０Ｖ１電流密度１０ｍＡ／Ｃｒｌｉで３
０分間行なつたものである。なお金属配線路は電子ビー
ム蒸着でＳｉＯ２膜上に１μｍの厚みで被着されたＡｔ
膜よりなりパターン幅は１００μｍである。さて、以上
の状態で陽極酸化を行なつた結果、Ａ−Ａ′線付近には
陽極酸化時に酸素の気泡が発生してレジスト３にひび割
れ４の生じることが判明した。レジストを除去した状態
が第１図ｂであり、レジストに発生したひび割れは下地
のＡｔにも転写されるとともにＡ−Ａ／線に沿つて陽極
酸化を受ける部分と受けない部分との境界５でＡｔが消
滅してＡｔ線路が切り離されてしまうことが分つた。第
１図ｂの６は陽極酸化の行なわれていないＡｔ膜を示す
。

同じく第２図Ａ，ｂは第１図の場合と同様の方法で陽極
化成電圧が１００Ｖ，７０Ｖの場合で、同じくレジスト
を除去した状態を示し、１００Ｖですでにひび割れやＡ
ｔの溶解が生じていることが分る。

第２図ｂから明らかなごとく７０Ｖではこのような現象
が観測されず、極めて明確な境界線が存在している。し
たがつて、レジストを用いてＡｔ線路を選択的に陽極酸
化した場合には高々７０の耐圧しか得られないのが現状
である。さて、上記ひび割れならびにＡｔの断線等の起
こる原因は、陽極酸化時に発生する酸素、水素の気泡が
原因しているように考えられる。すなわち酸素、水素ガ
スは特に陽極酸化の初期に多く発生し、あわ状となり電
流密度、電界分布を乱し上述のひび割れ、断線等が起る
ものと考えられる。そこで陽極酸化時に発生する酸素、
水素の気泡の除去は電解液の攪拌では困難で、超音波に
よる気泡の分離ではレジストやＡｔの剥離が生じるなど
の理由で解決策が見い出せなかつた。そこで選択的な陽
極酸化ではなくＡｔ線路を全面陽極酸化した後に、レジ
ストで選択的にＡｔ２Ｏ３膜をおおい、所定のＡｔ，Ｏ
３膜を除去して下地のＡｔを露出する方法も本発明者ら
は検討したが、Ａｔ２Ｏ３とＡｔのエツチング速度の差
の大きいエツチング液であるクロム酸と燐酸の混合液で
は７０℃以上に加熱しなければならないことと、Ａｔ２
Ｏ３膜のエツチングが終了した状態を監視することがで
きないためにオーバーエツチングとなることなどの理由
でレジストが剥離してしまい、適切な手段とは言えなか
つた。本発明は上記の問題点を解決せしめてＡ４Ｏ３膜
の耐圧を向上ならしめたものであり、電解液に過酸化水
素水を混入することにより水素ガスの発生を抑制し、ま
た陽極化成電圧を階段的に増加することにより酸素ガス
の急激な発生を押えることによつて目的を達成したもの
である。

以下本発明の実施例について述べる。

電解液はエチレングリコール、溶質は５ホウ酸アンモン
を重量比１０％で混合し、さらに重量比３０％の過酸化
水素水を体積比１０％で加える。

陰極板は金を用いた。電流密度は１０ｍＡ／Ｃｄで、７
０，９０，１２０Ｖ，１５０で各１０分間づつ陽極酸化
し、レジストを除去した状態を第３図ａに示す。

Ａ−Ａ′より下方のレジストでおおわれていた部分の上
方、すなわちＡ−Ａ′とＢ−Ｂ′との間も陽極酸化され
てしまうが第３図ａではＡｔが溶けて断線していないこ
とが分る。これに対して第３図ｂは過酸化水素水を加え
ずに同じ条件で陽極酸化をした場合でＡ−Ａ′線付近で
Ａｔの断線が観測される。ここでは図示しないが過酸化
水素を加えた電解液で、上述のように階段的に化成電圧
を増加させず、１０ｍＡ／Ｃｄの電流密度で設定電圧ま
で陽極酸化をした場合には１００Ｖまで断線が生ぜず、
また過酸化水素水を加えずに設定電圧を階段的に増加さ
せた場合は７０を超えるとレジストにひび割れが観測さ
れることが分つた。

したがつて過酸化水素水を加えることにより、より良質
なＡｔ２Ｏ３膜が形成され、化成電圧を階段的に増加す
ることによりＡｔの溶解が抑制されると考えることがで
きる。このことは本発明によつて製作されたＡｔ２Ｏ３
膜の方が燐酸でエツチングした場合にエツチ速度が遅く
なることとも一致する。さて、上述のごとくひび割れが
出きない理由は明確でないが、過酸化水素水は発生期の
極めて活性な酸素を生じるので陰極で水素ガスの発生が
停止し、このことが前述の不都合を生じさせない原因と
思われる。また陽極の試料近傍において発生期の酸素が
陽極酸化に寄与するために良好なＡｔ２Ｏ３が形成され
ると考えられるが詳細は定かでない。

化成電圧を階段的に増加することは急激な酸化ガスの発
生を押さえることができるために電界集中を緩和してレ
ジストのひび割れやＡｔの電解エツチを阻止すると考え
るのが妥当である。以上述べたように添付図面からも明
確なごとく本発明の実施によつてＡｔの金属配線路を酸
化して絶縁物化を計る場合にその耐圧を７０から１５０
Ｖにまで改善することができる。

なお金属配線路の材質はＡｔに限定されるものではなく
、ＳｉやＣｕなどの添加物を数パーセント程含むＡｔ合
金であつても全く同等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の陽極酸化方法を用いてＡ−Ｎ線下方に
レジストを塗布して半導体装置上のＡｔ配線を化成電圧
１４０Ｖで陽極酸化した場合の表面顕微鏡写真、第１図
ｂはａにおいてレジストを除去した状態の表面顕微鏡写
真、第２図Ａ，ｂは従来の陽極酸化法を用いて半導体装
置上のＡｔ配線を化成電圧１００，７０で陽極酸化した
表面顕微鏡写真、第３図ａは本発明の陽極酸化方法によ
る化成電圧１５０Ｖの場合の同Ａｔ配線の表面顕微鏡写
真、第３図ｂは従来の陽極酸化方法で化成電圧を１５０
Ｖまで階段的に上昇させた場合の同表面顕微鏡写真であ
る。 １・・・・・・Ａｔ２Ｏ３膜、２・・・・・・ＳｉＯ２
膜、６・・・・・・Ａｔ膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁性基板または絶縁性薄膜上に形成されたアルミ
   ニウムまたはアルミニウム合金を選択的に陽極酸化する
   にあたり、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金を
   感光性樹脂で選択的に被覆し、前記感光性樹脂に覆われ
   ていない前記アルミニウムまたはアルミニウム合金を、
   エチレングリコールと硼酸アンモンよりなる化成液に過
   酸化水素水を加えて電圧を印加することにより陽極酸化
   することを特徴とする陽極酸化方法。 ２ 化成電圧を階段的に増加させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の陽極酸化方法。