JP2590774B2 - エッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路，サー
マルヘッド等のアルミニウム電極のパターニングに関
し、特にステップ部のエッチング面を９０°以下に形成
し且つ下地である基板表面の凹凸を防ぐエッチング方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体集積回路，サーマルヘ
ッド等において、金属配線としてアルミニウム膜、絶縁
膜として酸化シリコン，窒化シリコン等のシリコン化合
物が用いられる。この際、アルミニウム膜をパターニン
グして得られたアルミニウム電極のステップ部が表面に
対して垂直に近い状態では、アルミニウム電極を絶縁膜
で完全に被覆することが困難となるので、絶縁膜にクラ
ックが発生したり、絶縁膜上に金属膜を成膜するとアル
ミニウム電極と金属膜とがショートしたりする。

【０００３】このため、アルミニウム膜のステップ部を
テーパ化する方法がある。図６は従来のアルミニウム膜
のテーパエッチング方法を示した図であり、図６（ａ）
〜図６（ｄ）はそれぞれウェーハ断面図である。

【０００４】図６（ａ）に示すように基板２１の上に成
膜されたアルミニウム膜２２の表面に陽極酸化によって
アルミナ層２３を生成し、第６図（ｂ）に示すようにア
ルミナ層２３の表面にフォトレジスト２４を被着させ所
定のパターンを形成する。続いて、図６（ｃ）に示すよ
うに当該パターンをマスクとしてアルミニウム膜２２並
びにアルミナ層２３のエッチングを行なった後、第６図
（ｄ）のようにフォトレジスト２４を剥離しアルミナ層
２３をエッチングによって除去する。

【０００５】このとき、図６（ｃ）に示すアルミニウム
膜２２及びアルミナ層２３のエッチング工程において
は、リン酸、酢酸、硝酸、フッ化アンモニウム溶液を含
む水溶液によってエッチングを行う。アルミナ層２３の
エッチング速度はアルミニウム膜２２のエッチング速度
に比べて１５倍以上であるため、エッチング液の撹拌性
から図６（ｃ）に示すようにステップ部をテーパ化でき
る。ところが、エッチング液にフッ化アンモニウム溶液
を含む水溶液を用いているため、アルミニウム膜２２の
下地である基板２１の表面もエッチングされてしまう。
また、アルミナ層２３の表面は凹凸２３ａが存在してい
るため、テーパエッチング工程中に基板２１の表面にも
凹凸２１ａが発生する。このため、アルミニウム膜２２
の下地である基板２１に金属配線が形成されている場合
や、基板２１が酸化シリコン等の絶縁膜であってもテー
パエッチング以降のプロセスにおいてこの絶縁膜上に金
属配線を形成した場合に、この金属配線の局所的な部分
で電流密度の不均一が起こりやすく信頼性低下の原因と
なった。

【０００６】この凹凸２１ａを平坦化させる技術とし
て、特開昭５８−９３３２８号公報による方法が知られ
ている。これは、凹凸を有する下地表面に窒化シリコン
以外の第１の絶縁膜を形成した後、反応性イオンエッチ
ング法を用いて第１の絶縁膜の表面をエッチングし当該
絶縁膜の段差をなだらかにし、次いで、第１の絶縁膜上
に窒化シリコンを主成分とする第２の絶縁膜を形成した
後、第２の絶縁膜の凹領域のエッチング速度が凸領域の
エッチング速度より遅い反応性イオンエッチング法を用
いて第２の絶縁膜及び第１の絶縁膜の表面をエッチング
するようにした方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
平坦化方法では、基板上及びアルミニウム膜上に形成さ
れた絶縁膜表面の凹凸の平坦化は可能であるが、下地で
ある基板表面の凹凸は存在したままである。このため、
上記した問題であるアルミニウム膜の下地である基板に
おいて金属配線が形成されている場合や、基板が絶縁膜
であってもテーパエッチング以降のプロセスにおいて当
該絶縁膜上に金属配線を形成した場合に、当該金属配線
上に凹凸が存在してしまうため、当該金属配線の局所的
な部分で電流密度の不均一が起こりやすくなり、上記し
た平坦化方法を用いても信頼性低下の解決にはならな
い。

【０００８】

【発明の目的】本発明の目的は、上記したような問題点
を解消するもので、フォトリソグラフィ法を用いたアル
ミニウム又はアルミニウム合金のエッチング工程におい
て、ステップ部のエッチング面を９０°以下に形成し且
つ下地である基板表面の凹凸を防ぐエッチング方法を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るエッチング
方法は、基板の表面に金属配線用のアルミニウム又はア
ルミニウム合金の薄膜を形成し、この薄膜の表面に陽極
酸化によりアルミナ層を形成し、このアルミナ層上にフ
ォトレジストを被着して所定のパターンを形成し、この
パターンをマスクとして前記アルミナ層と前記アルミニ
ウム又はアルミニウム合金を所定のエッチング液を用い
てエッチング面を９０°以下の傾斜面とするエッチング
方法を改良したものである。その改良点とは、前記エッ
チング工程に際し、最初にリン酸，酢酸，硝酸及びフッ
化アンモニウム溶液を含む水溶液からなる第１のエッチ
ング液を使用し、その後に、所定のタイミングで、この
第１のエッチング液の成分からフッ化アンモニウム溶液
を除外してなる第２のエッチング液を使用することであ
る。

【００１０】請求項２記載のエッチング方法は、請求項
１記載のエッチング方法において、前記第１のエッチン
グ液から前記第２のエッチング液への切り換えのタイミ
ングを、前記第１のエッチング液による前記アルミナ層
と前記アルミニウム又はアルミニウム合金が完全にエッ
チングされる時間の８０％〜９０％のところに設定した
ことを特徴とするものである。

【００１１】請求項３記載のエッチング方法は、請求項
１記載のエッチング方法において、前記第１のエッチン
グ液の初期電気伝導度をＩ₀ ，前記アルミナ層と前記ア
ルミニウム又はアルミニウム合金が完全にエッチングさ
れた時の第１のエッチング液の電気伝導度をＩ₁ とした
場合、前記第１のエッチング液から前記第２のエッチン
グ液への交換のタイミングを、当該第１のエッチング液
の電気伝導度が「Ｉ₀＋０．８×（Ｉ₁ −Ｉ₀ ）」以上
で「Ｉ₀ ＋０．９×（Ｉ₁ −Ｉ₀ ）」以下の時に設定し
たことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】 基板，アルミニウム又はアルミニウム合金の薄膜，
アルミナ層，フォトレジストのパターンの順に積層
されたものを、このパターンをマスクとしてアルミナ
層，アルミニウム又はアルミニウム合金の薄膜をエッ
チングする。このとき、まず、リン酸，酢酸，硝酸及び
フッ化アンモニウム溶液を含む水溶液からなる第１のエ
ッチング液を使用する。第１のエッチング液によるアル
ミナ層のエッチング速度はアルミニウム膜のエッチング
速度と比較して１５倍以上であるため、エッチング面が
テーパ化する。次に、フッ化アンモニウム溶液を含まな
い第２のエッチング液を使用する。第２のエッチング液
は、テーパエッチングの作用がない代わりに、基板をエ
ッチングする作用がない又はあったとしてもきわめて少
ない。そのため、基板の表面が保護される。

【００１３】

【実施例】図１及び図２は本発明に係るエッチング方法
の一実施例を示し、図１はフローチャートであり、図２
は各工程を示す断面図である。

【００１４】まず、基板１上にアルミニウム膜２をスパ
ッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって０．６μｍ成
膜し、５％しゅう酸水溶液中でアルミニウム膜２を陽極
として０．５Ｖの印加電圧で表面酸化を行い、アルミナ
層３を０．１５μｍ生成する（図１〔Ｓ１〕）。この時
の陽極酸化されなかった部分の膜厚は０．５μｍとな
り、この様子を図２（ａ）に示す。その後、図２（ｂ）
に示すようにアルミナ層３の表面にフォトレジスト４を
０．７μｍ被着させ所定パターンを形成する（図１〔Ｓ
２〕）。

【００１５】次に、当該パターンをマスクとしてアルミ
ナ層３及びアルミニウム膜２のエッチングを行う。この
エッチング工程においては、リン酸、酢酸、硝酸、フッ
化アンモニウム溶液を含む水溶液から構成され、水を１
とした時の成分比がリン酸１６、酢酸２、硝酸１、フッ
化アンモニウム溶液１．７４である第１のエッチング液
と、第１のエッチング液からフッ化アンモニウム溶液を
除外した第２のエッチング液との二種類のエッチング液
を用いる。図２（ｃ）に示すように、第１のエッチング
液で基板１の表面が露出する寸前までアルミニウム膜２
をエッチングした後（図１〔Ｓ３〕）、図２（ｄ）に示
すように、エッチング液を第２のエッチング液と交換し
て残存しているアルミニウム膜２をエッチングする（図
１〔Ｓ４，５〕）、２ステップエッチングを行う。この
２ステップエッチングの第１のエッチング工程では、第
１のエッチング液に対するアルミナ層３のエッチング速
度はアルミニウム膜２のエッチング速度と比較して１５
倍以上であるため、エッチング液の撹拌性によってエッ
チング面の角度は９０°以下に形成される。アルミナ層
３は微視的に極めて多孔質であるため、アルミニウム膜
２と比較してエッチング選択比が大きく、これがエッチ
ング面のテーパ化に大きく寄与するのであるが、アルミ
ナ層３の表面は非常に多く凹凸３ａが存在するため、第
１のエッチング液によって下地である基板１が露出する
までエッチングを行うと、基板１が凹凸３ａを引きずっ
た形でエッチングされてしまう。そこで、フッ化アンモ
ニウム溶液を含まないエッチング液を用いた第２のエッ
チング工程を設けることによって、基板１の表面が保護
される。

【００１６】２ステップエッチング工程において、第１
のエッチング液から第２のエッチング液への交換のタイ
ミングの検出法として、２つの方法がある。

【００１７】第１の方法として、あらかじめ第１のエッ
チング液のみを用いてアルミニウム膜２とアルミナ層３
のエッチングを行い、完全に除去されるエッチング時間
ｔをチェックし、交換のタイミングを０．８ｔ〜０．９
ｔと設定する。本実施例において、温度２５℃での第１
のエッチング液１００ｍｌ中に図２（ｂ）の状態でウェ
ーハを浸漬した場合、完全にアルミニウム膜２とアルミ
ナ層３がエッチングされた時間は１０分であった。そこ
で、交換のタイミングを１分〜１０分まで３０秒刻みで
変化させた時のエッチング面の角度を図３に示す。８分
以上でのエッチング面の角度はプラトーな領域でかつ３
０°以下に形成されており、また９分以下の場合は基板
１の表面には凹凸の存在が認められなかった。ここで、
基板１は酸化シリコンである。このことから、交換のタ
イミングは８分から９分の間に設定することが望まし
い。

【００１８】第２の方法として、エッチング液の電気伝
導度をモニタする方法である。２ステップエッチングの
第１のエッチング工程において、エッチングが進行する
と第１のエッチング液のアルミニウム濃度が増加し、電
気伝導度が上昇するため、これをモニタすることによっ
てエッチング液交換のタイミングを検出することが可能
となる。本実施例において、温度２５℃での第１のエッ
チング液１００ｍｌ中に図２（ｂ）の状態でウエハを浸
漬した場合のエッチング時間に対する電気伝導度の変化
を図４に示す。電気伝導度はアルミニウム膜のエッチン
グ量によって増加するため、エッチング時間と１次の関
係になっている。このことから、第１のエッチング液の
初期電気伝導度Ｉ₀ に対するアルミナ層２とアルミニウ
ム膜３が完全にエッチング除去されたときの電気伝導度
Ｉ₁ の増加量を△Ｉと定義した場合、第１のエッチング
液の電気伝導度がＩ₀ ＋０．８△ＩからＩ₀ ＋０．９△
Ｉまでとなった時がエッチング液の交換のタイミングと
して望ましい。また、エッチング速度はエッチング液の
温度に依存するため、温度制御が困難な場合では、この
方法の方が上記した第１の方法よりもエッチング液の交
換のタイミングが確実である。

【００１９】２ステップエッチング工程の完了後、図２
（ｅ）に示すように、フォトレジスト４並びにアルミナ
層３を除去を行う（図１〔Ｓ６〕）。

【００２０】本発明に係るエッチング方法の他の実施例
として、図５に示すようなインクジェットサーマルヘッ
ドの電極部形成に適用した。ここで、シリコン基板１１
上に断熱層として１．３５μｍの膜厚を有する熱酸化膜
を設け、この酸化膜上に電極１３としてアルミニウムを
成膜した後、前述した２ステップエッチング方法で、発
熱部１２となる部分及び隣接する電極との間の部分を除
去し０．５μｍの膜厚を有する電極１３，１３’を形成
する。

【００２１】次に、電極１３，１３’上に抵抗体１４と
してタンタルを０．２５μｍを成膜し、電極１３，１
３’及び発熱部１２を連続的に覆うように隣接する抵抗
体との間の部分を除去し、抵抗体パターンを形成する。
抵抗体１４の表面を０．１％リン酸水溶液中で陽極酸化
すると、保護層１５として五酸化タンタルの陽極酸化膜
が０．３μｍ形成される。この時、陽極酸化されなかっ
た抵抗体１４の膜厚は０．１μｍとなる。このような構
造のサーマルヘッドにおいて、電極１３，１３’に電圧
を印加すると、電極１３，１３’及び抵抗体１４に電流
が流れ、発熱部１２には電極が存在せず抵抗体１４のみ
で抵抗値が高くなっているため発熱部１２で発熱し、サ
ーマルヘッド上にあるインク（図示せず）が加熱されて
沸騰し、これによりバブルが発生してインクが吐出し、
印字用紙（図示せず）上に印字を行う。このサーマルヘ
ッドではバブルを発生させるために必要な発熱部１２へ
の入力電力は７００Ｗ／ｍｍ² である。

【００２２】このサーマルヘッドにおいて、本発明を適
用した場合と未適用の場合との比較を行った結果、未適
用の場合では発熱部の破壊電力値が１４００Ｗ／ｍｍ²
であったのに対し、本発明を適用した場合では発熱部の
破壊電力値が１５４０Ｗ／ｍｍ² となり、１０％の耐電
力性の向上が認められた。従って、本発明を適用するこ
とによって、発熱抵抗体１２の凹凸の存在を無くしたた
め、厚さ方向に対する電流密度が均一化され、破壊電力
値が増加し信頼性がより向上した。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム膜又はア
ルミニウム合金膜をテーパエッチングする際に、最初に
リン酸，酢酸，硝酸及びフッ化アンモニウム溶液を含む
水溶液からなる第１のエッチング液を使用し、次に第１
のエッチング液の成分からフッ化アンモニウム溶液を除
外してなる第２のエッチング液を使用するようにしたの
で、下地である基板表面の凹凸の発生を防止できる。し
たがって、当該エッチングにより形成したアルミニウム
電極上にさらに成膜した絶縁膜のクラックの発生やそれ
に伴うショートの発生を防止できるとともに、当該エッ
チング後に基板表面に形成した配線の凹凸の発生を防止
できるので、半導体集積回路やサーマルヘッドの信頼性
を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエッチング方法の一実施例を示す
フローチャートである。

【図２】本発明に係るエッチング方法の一実施例を断面
図であり、図２（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ各工程を示
す。

【図３】第１のエッチング液から第２のエッチング液へ
の交換のタイミングを変化させたときのエッチング面の
角度を示すグラフである。

【図４】第１のエッチング液のみによってエッチングを
行ったときのエッチング時間に対するエッチング液の電
気伝導度を示すグラフである。

【図５】本発明に係るエッチング方法の他の実施例を示
す断面図である。

【図６】従来のエッチング方法を示す断面図であり、図
６（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ各工程を示す。

【符号の説明】

１ 基板 ２ アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜 ３ アルミナ層 ４ フォトレジスト １１ 基板 １２ 発熱部 １３，１３’ 電極 １４ 抵抗体 １５ 保護層 ２１ 基板 ２２ アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜 ２３ アルミナ層 ２４ フォトレジスト

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面に金属配線用のアルミニウム
   又はアルミニウム合金の薄膜を形成し、この薄膜の表面
   に陽極酸化によりアルミナ層を形成し、このアルミナ層
   上にフォトレジストを被着して所定のパターンを形成
   し、このパターンをマスクとして前記アルミナ層と前記
   アルミニウム又はアルミニウム合金を所定のエッチング
   液を用いてエッチング面を９０°以下の傾斜面とするエ
   ッチング方法において、 前記エッチング工程に際し、最初にリン酸，酢酸，硝酸
   及びフッ化アンモニウム溶液を含む水溶液からなる第１
   のエッチング液を使用し、その後に、所定のタイミング
   で、この第１のエッチング液の成分からフッ化アンモニ
   ウム溶液を除外してなる第２のエッチング液を使用する
   ことを特徴としたエッチング方法。
2. 【請求項２】 前記第１のエッチング液から前記第２の
   エッチング液への切り換えのタイミングを、前記第１の
   エッチング液による前記アルミナ層と前記アルミニウム
   又はアルミニウム合金が完全にエッチングされる時間の
   ８０％〜９０％のところに設定したことを特徴とする請
   求項１記載のエッチング方法。
3. 【請求項３】 前記第１のエッチング液の初期電気伝導
   度をＩ₀ ，前記アルミナと前記アルミニウム又はアルミ
   ニウム合金が完全にエッチングされた時の第１のエッチ
   ング液の電気伝導度をＩ₁ とした場合、前記第１のエッ
   チング液から前記第２のエッチング液への交換のタイミ
   ングを、当該第１のエッチング液の電気伝導度が「Ｉ₀
   ＋０．８×（Ｉ₁ −Ｉ₀ ）」以上で「Ｉ₀ ＋０．９×
   （Ｉ₁ −Ｉ₀ ）」以下の時に設定したことを特徴とする
   請求項１記載のエッチング方法。