JPS5994438A - パタ−ン化されたアルミニウム層を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、絶縁性基板上にパターン化されたアルミニウ
ム層を形成する方法に関し、特に半導体集積回路装置の
配線層を形成する場合に適用して好適なものである。

半導体集積回路装置の配線層は、種々の理由で、アルミ
ニウム層でなるのを普通としている。

ところで、半導体集積回路装置のアルミニウム層でなる
配線層を形成するにつき、従来は、”半導体基板上にパ
ターン化されるべきアルミニウム層を形成し、次に、そ
のアルミニウム層上にパターン化されたフォトレジスト
によるマスクを形成し、然る後、パターン化されるべき
アルミニウム層に対する、上記マスクをマスクとした化
学エツチングをすることによって、パターン化されたア
ルミニウム層を、配線層として形成するのを普通として
いた。

黙しながら、このような従来の方法の場合、パターン化
せられるべきアルミニウム層に対する、パターン化され
たマスク層をマスクとした化学エツチングをする工程に
おいて、パターン化されたアルミニウム層が、側方から
エツチングされたもの即ち所謂サイドエツチングされた
ものとして得られるのを余儀なくされる。このため、パ
ターン化されたアルミニウム層が、マスク層のパターン
よりサイドエツチングされた聞だけ、−周り小ざなパタ
ーンを有するものとして形成される。

パターン化されたアルミニウム層は、マスク層のパター
ンと同じパターンで得られるのが望ましい。

その理由は、マスク層を、形成せんとするパターン化さ
れたアルミニウム層の所期のパターンと同じパターンに
形成し置くだけで、パターン化されたアルミニウム層を
、所期のパターンを有するものとして形成することが出
来るからである。

黙しながら、パターン化されたアルミニウム層が、マス
ク層のパターンよりサイドエツチングされた量だけ、−
周り小さなパターンを有するものとして形成されても、
上述した化学エツチングをする工程において、サイドエ
ツチングされる量が、予測されていれば、マスク層のパ
ターンを、サイドエツチングされる量を見込んで、形成
せんとするパターン化されたアルミニウム層の所期のパ
ターンより一周り大ぎなパターンに予め形成しておくこ
とにより、パターン化されたアルミニウム層を、所期の
パターンを有するものとして形成することが出来る。

然しながら、上述した従来の方法による場合、上述した
化学エツチングをする工程において、上述したサイドエ
ツチングされる量を予測するのが極めて困難であった。

このため、上述した従来の方法の場合、パターン化され
たアルミニウム層を、所期のパターンを有するものとし
て、微細に、高精度に形成するのが極めて困難であると
いう欠点を有していた。

また、上述した従来の方法の場合、絶縁性基板上に形成
された、パターン化されたアルミニウム層の上面と、絶
縁性基板の上面の、パターン化されたアルミニウム層の
形成されていない領域との間に、パターン化されたアル
ミニウム層の厚さ分の段差を有する態様で、パターン化
されたアルミニウム層が形成される。

このため、絶縁性基板上に、上述したパターン化された
アルミニウム層の外、そのパターン化されたアルミニウ
ム層上に絶縁層を介して延長している、他のパターン化
されたアルミニウム層を積層して形成する場合、後者の
アルミニウム層が、上述した段差を有する位置において
、肉薄であるものとして形成されたり、また、ある場合
は、切断されて形成されたりする欠点を有していた。

よって、本発明は、上述した欠点のない、新規なパター
ン化されたアルミニウム層を形成する方法を提案せんと
するものである。

本発明者は、第１図Ａに示すような、例えばシリコンで
なる基板１上に例えば酸化シリコン（Ｓ　＋　（）ａ）
でなる絶縁層２を形成している絶縁性基板３を予め用意
し、そして、その絶縁性基板３の絶縁層２上に、第１図
Ｂに示すように、パターン化されるべきアルミニウム層
４を、それ自体は公知の例えば蒸着によって形成し、次
に、そのパターン化されるべきアルミニウム層４上に、
第１図Ｃに示すように、パターン化された例えばフォト
レジストでなるマスク層５を形成し、そのフォトレジス
ト層に対するフォトマスクを用いた露光、続く現像をな
すという、それ自体は公知の方法によって形成し、かく
て、絶縁性基板３上にパターン化されるべきアルミニウ
ム層４が形成され、そのアルミニウム層４上にパターン
化されたマスク層５が形成されている基板体６を得た。

そして、その基板体６を、第２図に示すように、酒石酸
（Ｃ４Ｈ６０，）を溶質の主体としている水溶液で、な
る電解液１１を収容している槽１２丙に、アルミラム層
４が略々垂直面上に延長するように、浸漬させ、また、
その槽１２内に、例えば白金でなる電極１３を、基板体
６のアルミニウム層４と対向するように、浸漬させ、然
して、基板体６におけるパターン化されるべきアルミニ
ウム層４を、マスク層５によってマスクされていない領
域において、直流の定電流源１４の正極側に接続し、ま
た、電極１３を、定電流源１４の負極側に接続して、ア
ルミニウム層４に対する、マスク層５をマスクとし、且
つ酒石酸を溶質の主体としている水溶液でなる電解液を
用いた陽極酸化をなした。

然るときは、アルミニウム層４の、マスク層５によって
マスクされていない領域が、第３図Ａに示す酸化されて
いない状態から、第３図Ｂで一般に示すような表面から
酸化されつつある状態を経て、Ｍ３図Ｃで一般的に示す
ように、全厚みに亘って酸化アルミニウム（Ａ　ｌ２ｏ
ａ＞層８に酸化されて、側面に酸化アルミニウム（Ａ１
．０３）層８を連接させている、パターン化されたアル
ミニウム層７が、マスク層５下に形成されることを確認
するに到った。但し、この場合、電解液１１を、酒石酸
の３％水溶液と、プロピレングリコール（Ｃ１→３Ｃ１
−１（ＯＨ）Ｃ）１．ＯＨ）とを、１：２の容量割合で
混合してなる、ＰＨが６〜７でなるものとした。尚、こ
の場合のプロピレングリコールは、上述した酸化の安定
化剤として作用するものである。また、電極１３を白金
でなるものとした。。

また、本発明者は、上述した陽ｔｔｉｍ化を、アルミニ
ウム層４のマスクｍ５によってマスクされていない領域
と、電極１３との間の電圧■（ボルト）を、電圧計１５
を用いて測定しながら行った。

然るときは、時間ｔ　（分）に対する電圧Ｖの関係が、
第４図に示すように、時点１ａまでの間においては、電
圧■が時間［と共に比較的緩かな勾配で上昇するが、時
点１ａから電圧■が急激に大になるものとして得られた
。

ざらに、本発明者は、上述した時間１に対する電圧Ｖの
関係と、アルミニウム層４の、マスク層５によってマス
クされていない領域の酸化の状態とを調べた結果、電圧
■が時間ｔと共に比較的緩かに上昇している時点ｔａま
での間においては、アルミニウム層４の、マスク層５に
よってマスクされていない領域が、時間ｔと共に表面か
ら酸化されるが、時点ｔａに達ずれば、アルミニウム層
４の、マスク層５によってマスクされていない領域が、
その全厚さに亘って酸化され、第３図Ｃで示すように、
側面に酸化アルミニウム（Ａ　Ｉ２０３）層８を連接さ
れている、パターン化されたアルミニウム層７が得られ
ていることを確認するに到った。

尚さらに、本発明者は、上述した陽極酸化を、上述した
電圧■が、急激に大になる時点１ａ即ちアルミニウム層
４の、マスク層５によってマスクされていない領域が、
その全厚さに亘って酸化される時点まで行って、上述し
た、側面に酸化アルミニウム層８を連接させている、パ
ターン化されたアルミニウム層７を形成する場合、その
パターン化されたアルミニウム層７は、その側面が、第
３図Ｃでマスク層５の側面より内側にあるものとして示
されているように、一般に、サイド酸化されたものとし
て得られていることを確認するに到った。

また、本発明者は、上述した陽極酸化を、電解液１１の
温度Ｔ（℃）をパラメータとして、定電流源１４から基
板体６におけるアルミニウム層４、及び電極１３を通っ
て、電解液１１に流れる電流の密度１　（ｍＡ／ｃｍ’
　）を変えて、上述した電圧Ｖが、急激に大になる時点
ｔａ、即ちアルミニウム層４の、マスク層５によってマ
スクされていない領域が、その全厚さに亘って酸化され
る時点まで行って、上述した、側面に酸化アルミニウム
層８を連接させている、パターン化されたアルミニウム
層７を形成し、そして、そのアルミニウム層７がサイド
酸化されている量即ちサイド酸化ＭＹ（μｍ）を測定し
た。

然るときは、電解液１１の温度Ｔを一定とした場合、電
流密度Ｉを人とすれば、上述したサイド酸化量Ｙが小に
なることを確認するに到った。

また、このように電流密度Ｉを大とすれば、サイド酸化
ｉ１Ｙが小となるものとして得られるのは、電流密度■
を大とすれば、アルミニウム層４と、電極１３との間の
電界強度が、主として、アルミニウム層４と、電極１３
とを結ぶ方向に関し、伯の方向に比し格段的に強くなり
、このため、アルミニウム層４のマスク層５によってマ
スクされていない領域が厚さ方向に酸化される速度と、
面方向に酸化される速度との比が大となるからであるこ
とも確認するに到った。

さらに、電流密度Ｉを一定とした場合、電解液１１の温
度Ｔを低くすれば、上述したサイド酸化ｆｆ１Ｙが小に
なることを確認するに到った。

尚さらに、上述したサイド酸化ｆｉＹを同じ値で得るに
つき、電解液１１の温度Ｔを高くすれば、これに応じて
電流密度Ｉを大にすればよいことも確認するに到った。

また、電解液１１の温度Ｔを一定とした場合、電流密度
１を大とすれば、上述したサイド酸化量Ｙが小になるこ
とから、上述した陽極酸化を、電解液１１の温度Ｔを一
定とし、電流密度■を、このときの電解液１１の温度で
上述したサイド酸化ＮＹが十分小になって得られる値以
上の電流密度で行えば、上述した、側面に酸化アルミニ
ウム層８を連接させている、パターン化されたアルミニ
ウム層７が、第５図に示すように、上述した′サイド酸
化量Ｙが略々零であるものとして形成されることも確認
するに到った。

さらに、電流密度Ｉを一定とした場合、電解液１１の温
度Ｔを低くすれば、上述したザ′イド酸化ｆｆ１Ｙが小
になることから、上述した陽極酸化を、電流密度■を一
定どし、電解液１１の温度Ｔを、このときの電流密度で
上述したサイド酸化ｆｆ１Ｙが」−分小になって得られ
る値以下の温度で行えば、上述した、側面に酸化アルミ
ニウム層８を連接させている、パターン化されたアルミ
ニウム層７が、第５図に示１ように、上述したサイド酸
化ｆｆ１Ｙが略々零であるものとして形成されることも
確認するに到った。

Ｊ：って、本発明者は、特許請求の範囲記載の発明を、
本発明による発明として提案するに到ったものである。

以上で、本発明によるパターン化されたアルミニウム層
を形成する方法が明らかとなった。

このような本発明による方法によれば、パターン化され
るべきアルミニウム層に対する、パターン化されたマス
ク層をマスクとした陽極酸化をする工程において、形成
されるパターン化されたアルミニウム層のサイド酸化ｆ
ｆ１Ｙを、電解液の温度Ｔと電流密度Ｉとによって、予
測することができ゛る。

このため、パターン化されるべきアルミニウム層上にパ
ターン化されたマスク層を形成する工程において、その
パターン化されたマスクを、予測されるサイド酸化ＩＹ
を見込んで形成づることにより、側面に酸化アルミニウ
ム層を連接している、パターン化されたアルミニウム層
を、所期のパターンを有するものとして、微細に、高精
度に、容易に形成することが出来る、という特徴を有す
る。

また、上述し１＝陽極酸化をする工程において、その陽
極酸化を、電解液の温度下を一定とし、電流密度Ｉ、を
、このとぎの電界液の温度で上述したサイド酸化ＩＹが
十分小になって得られる値以上の電流密度で行えば、ま
たは、電流密度■を一定とし、電解液の温度Ｔを、この
ときの電流密度で上述したサイド酸化量Ｙが十分小にな
って得られる値以下の温度で行えば、パターン化された
アルミニウム層が、サイド酸化ｆｆ１Ｙが略々零である
ものとして形成される。

このため、パターン化されたマスク層を形成する工程に
おいて、そのマスク層を、形成せんとするパターン化さ
れたアルミニウム層の所期のパターンと同じパターンに
形成し、また、上述した陽極酸化の工程において、電解
液の温度Ｔを一定とするとき、電流密度Ｉを上述した値
以上の電流密度とし、または、電流密度Ｉを一定と覆る
とき、電解液の温度Ｔを上述した値以下の温度とりるこ
とによって、パターン化されたアルミニウム層を、所期
のパターンを有するものとして、微細に、高精度に、容
易に形成することができるという特徴を有する。

さらに、上述した陽極酸化をする工程における、その陽
極酸化の終了時点が、陽極どしてのパターン化されるべ
きアルミニウム層と、これに対づる陰極電極との間の電
圧が急激に人になる時点に対応しているので、上述した
陽極酸化を、陽極としてのパターン化されるべきアルミ
ニウム層と、これに対する陰極電極との間の電圧が急激
に犬になる時点まで行うことによって、パターン化され
たアルミニウム層を、所期のパターンを有するものとし
て、再現性良く、微細に、高精度に、容易に形成するこ
とができる特徴を有する。

尚、さらに、上述した、陽、極としてのパターン化され
るべきアルミニウム層と、これに対する陰極電極との間
の電圧が急激に大になる時点は、これを、種々の電圧検
出器によって、容易に検出し得、また、その電圧検出器
の出力によって、陽極としてのアルミニウム層と、これ
に対する陰極電極との間に接続している定電流源をオフ
にしたり、定電流源と、陽極としてのアルミニウム層ま
た陰極電極との間の線路を切断したりするという簡易な
手段によって、上述した陽極酸化を、陽極としてのパタ
ーン化されるべきアルミニウム層と、これに対する陰極
電極との間の電圧が急激に大になる時点で、直ちに且つ
容易に終了させることができる。

従って、上述した本発明の特徴を、確実、容易に発揮す
ることができる、という特徴を有する。

また、本発明によるパターン化されたアルミニウム層を
形成する方法によれば、パターン化されたアルミニウム
層が、その側面に酸化アルミニウム層を連接させて形成
される。そして、その酸化アルミニウム層は、絶縁性基
板の上面の、パターン化されたアルミニウム層の形成さ
れていない領域上に延長している。

このため、パターン化されたアルミニウム層の上面と、
酸化アルミニウム層の上面との間に、実質的に段差を有
しないか、有しても極めて小なる段差しか有しない態様
で、パターン化されたアルミニウム層が形成され、従っ
て、そのパターン化されたアルミニウム層が、冒頭に前
述した従来の方法の場合のように、パターン化されたア
ルミニウム層の厚さ分の厚さの段差を有する態様で形成
される、ということがない。

よって、パターン化されたアルミニウム層の他、そのパ
ターン化されたアルミニウム層上に絶縁層を介して延長
している、他のパターン化されたアルミニウム層を積層
して形成しても、後者のアルミニウム層を、各部略々一
様の厚さを有するものとして良好に形成することが出来
る特徴を有する。

また、上述したパターン化されたアルミニウム層は配線
層として機能し、また、酸化アルミニウム層は、絶縁層
として機能する。

従って本発明は、これを半導体集積回路装置の配線層を
形成する場合に適用して、極めて好適である。特に、半
導体集積回路装置の多層配線層を形成する場合に適用し
て、極めて好適である特徴を有する。

次に、本発明の実施例を述べよう。

第１図Ａで上述したと同様に、基板１上に絶縁層２を形
成している絶縁性基板３を予め用意した。但し、この場
合、基板１をシリコンでなるものとした。また、絶縁層
２を酸化シリコン（Ｓ　ｉ　Ｏｘ）でなるものとした。

然して、絶縁性基板３の絶縁層２上に、第１図Ｂで上述
したと同様に、パターン化されるべきアルミニウム層４
を形成した。但し、この場合、アルミニウム層４を蒸着
によって、１μｍの厚さを有するものとして形成した。

次に、アルミニウム層４上に、第１図Ｃで上述したと同
様に、パターン化されたマスク層５を形成した。但し、
この場合、マスク層５を、アルミニウム層４上に、フォ
トレジスト層を形成し、そのフォトレジス１〜層に対す
るフォトマスクを用いた露光、続く現像処理をなすこと
によって、フォトレジストでなるものとして形成した。

このようにして、第１図Ｃで上述したと同様に、絶縁性
基板３上にパターン化されるべきアルミニウム層４が形
成され、そのアルミニウム層上パターン化されたマスク
層５が形成されている基板体６を得た。

次に、基板体６を、第２図で上述したと同様に、酒石１
１９　（Ｃ４１−１６０ｕ）の３％水溶液と、プロピレ
ングリコールとを、１：２の容量割合で混合してなる、
ＰＨが６〜７である電解液１１を収容しでいる槽１２内
に、アルミニウム層４が、略々垂直面上に延長するよう
に浸漬させ、また、その槽１２内に、白金でなる電極１
３を、基板体６のアルミニウム層４と対向するように浸
漬させ、然して、基板体６におけるパターン化されるべ
きアルミニウム層４を、マスク層５によってマスクされ
ていない領域において、直流の定電流源１４の正極側に
接続し、また、電極１３を、定電流源１４の負極側に接
続して、アルミニウム層４に対する、酒石酸を溶質の主
体としている水溶液でなる電解液１１を用いた陽極酸化
を、アルミニウム層４及び電極１３間の電圧Ｖが急激に
大になる時点までなし、側面に酸化アルミニウム（Ａｌ
２Ｏ２）層８を連接させている、パターン化されたアル
ミニウム層７を得た。

この場合、電解液１１の温度を９．０℃とし、また電流
密度Ｉを３．０　（ｍＡ／ｃｍ’　）とした。

然るときは、パターン化されたアルミニウム層７が、サ
イド酸化ｆｆ１Ｙが略々零であるものとして形成された
。

また、電解液１１の温度を１３．０℃とし、また電流密
ＩＩを１．２５　（ｍＡ／ｃ＋ｎ’　）としＩご　。

然るときは、パターン化されたアルミニウム層７が、サ
イド酸化ｆｆ１Ｙが略々零であるものとして形成された
。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂ及びＣは、本発明によるパターン化されＩ
ｃアルミニウム層を形成する方法の説明に供する、パタ
ーン化されるべきアルミニウム層上に、パターン化され
たマスク層を形成する順次の工程における、路線的断面
図である。 第２図は、同様に、本発明によるパターン化されたアル
ミニウム層を形成する方法の説明に供づ°る、パターン
化されるべきアルミニウム層に対する陽極酸化によって
、パターン化されたアルミニウム層を形成する工程を示
す、路線図である。 第３図は、同様に、本発明によるパターン化されたアル
ミニウム層を形成する方法の説明に供する、パターン化
されるべきアルミニウム層に対する陽極酸化によって、
パターン化されたアルミニウム層を形成する工程におけ
る、路線的断面図である。 第４図は、同様に、本発明によるパターン化されたアル
ミニウム層を形成する方法の説明に供する、パターン化
されるべきアルミニウム層に対する陽極酸化によって、
パターン化されたアルミニウム層を形成する工程におけ
る、時間ｔ　（分）に対する、基板体における陽極とし
てのアルミニウム層と、これに対する陰極電極との間の
電圧の関係を示す図である。 第５図は、本発明によるパターン化されたアルミニウム
層を形成する方法によって得られる、パターン化された
アルミニウム層の一例を示す路線的断面図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・基板２・・・・・・
・・・・・・・・・絶縁層３・・・・・・・・・・・・
・・・絶縁性基板４・・・・・・・・・・・・・・・パ
ターン化され°゛るべきアルミニウム層 ５・・・・・・・・・・・・・・・パターン化されたマ
スク層６・・・・・・・・・・・・・・・基板体７・・
・・・・・・・・・・・・・パターン化されたアルミニ
ウム層 ８・・・・・・・・・・・・・・・酸化アルミニウム層
１１・・・・・・・・・・・・・・・電解液１２・・・
・・・・・・・・・・・・槽１３・・・・・・・・・・
・・・・・電極１／ｌ・・・・・・・・・・・・・・・
直流の定電流源１５・・・・・・・・・・・・・・・電
圧計出願人　　東京電気化学工業株式会社 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁性基板上にパターン化されるべきアルミニウム
   層を形成し、該アルミニウム層上にパターン化されたマ
   スク層を形成し、然る後、上記アルミニウム層に対する
   、上記マスク層をマスクとし、且つ酒石酸を溶質の主体
   としている水溶液でなる電解液を用いた陽極酸化を行う
   ことによって、側面に酸化アルミニウム層を連接させて
   いる、パターン化されたアルミニウム層を形成すること
   を特徴とするパターン化されたアルミニウム層を形成す
   る方法。 ２、絶縁性基板上にパターン化されるべきアルミニウム
   層を形成し、該アルミニウム層上にパターン化されたマ
   スク層を形成し、然る後、上記アルミニウム層に対する
   、上記マスク層をマスクとし、且つ酒石酸を溶質の主体
   としている水溶液でなる電解液を用いた陽極酸化を、上
   記パターン化されるべきアルミニウム層を陽極とし、該
   陽極としてのパターン化されるべきアルミニウム層と、
   これに対する陰極電極との間の電圧が、急激に大になる
   時点まで行うことによって、パターン化されたアルミニ
   ウム層を形成することを特徴とするパターン化されたア
   ルミニウム層を形成する方法。