特開 2016-162775 電極形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-162775(P2016-162775A)

(43)【公開日】2016年9月5日

(54)【発明の名称】電極形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/306 20060101AFI20160808BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20160808BHJP

   H01L 21/308 20060101ALI20160808BHJP

   G03F 7/26 20060101ALI20160808BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/306 F

   H01L21/28 301B

   H01L21/28 E

   H01L21/28 301R

   H01L21/308 G

   G03F7/26 513

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-37247(P2015-37247)

(22)【出願日】2015年2月26日

(71)【出願人】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 勉

【テーマコード（参考）】

2H196

4M104

5F043

【Ｆターム（参考）】

2H196AA25

2H196HA18

4M104AA04

4M104AA05

4M104BB05

4M104BB09

4M104BB10

4M104CC01

4M104DD07

4M104DD22

4M104DD34

4M104DD68

4M104GG09

4M104HH20

5F043AA31

5F043BB22

5F043BB27

5F043DD18

5F043GG04

(57)【要約】

【課題】エッチング液の残渣やレジスト工程によって生じる有機残渣によるイオンマイグレーションの発生が抑制された電極を形成する電極形成方法を提供する。
【解決手段】電極形成方法は、半導体層上に、半導体層の表面を露出する開口を備えた、保護膜を形成する工程と、開口及びその周辺を覆い、その外側の保護膜を露出するパターンを有する絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜を選択的に露出するレジストを形成する工程と、レジストをマスクとして、絶縁膜を除去する工程と、絶縁膜の除去によって露出した、開口内の半導体層の表面に電極を形成する工程と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体層上に、前記半導体層の表面を露出する開口を備えた、保護膜を形成する工程と、
前記開口及びその周辺を覆い、その外側の前記保護膜を露出するパターンを有する絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を選択的に露出するレジストを形成する工程と、
前記レジストをマスクとして、前記絶縁膜を除去する工程と、
前記絶縁膜の除去によって露出した、前記開口内の前記半導体層の表面に電極を形成する工程と、
を有する半導体装置の電極形成方法。

【請求項2】

前記絶縁膜を除去する工程の後、前記電極を形成する工程の前に、前記開口内の残渣を除去する工程を含む請求項１に記載の半導体装置の電極形成方法。

【請求項3】

前記開口内の残渣を除去する工程は、硝酸又は塩酸を含有する溶液による洗浄工程である、請求項２に記載の半導体装置の電極形成方法。

【請求項4】

前記電極を形成する工程は、前記レジストをマスクとして利用した、リフトオフ工程である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の電極形成方法。

【請求項5】

前記絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜のいずれかであり、前記絶縁膜を除去する工程は、エッチャントとしてフッ酸、フッ化アンモニウムとフッ酸との混合液、又は、フッ酸と水との混合液のいずれかを用いたエッチング工程である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の電極形成方法。

【請求項6】

前記絶縁膜を形成する工程の後、前記レジストを形成する工程の前に、前記絶縁膜の除去によって生じた残渣を除去する工程を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の電極形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の電極形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ＧａＡｓ基板に形成された高濃度ｎ型活性層のソース・ドレイン領域に電極を形成することが記載されている。この電極は、ＡｕＧｅ系オーミック金属によるオーミック電極であり、リフトオフ法によって形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８−２０３９３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、リフトオフ法を用いた電極形成方法の一例として、図３に示す方法が考えられる。図３に示されるＧａＡｓ基板３１には、ＳｉＮ膜３２、ＳｉＯ_２膜３３及びレジスト３５が順次積層されている。そして、ＳｉＮ膜３２、ＳｉＯ_２膜３３及びレジスト３５の所定の位置（電極の形成が予定される位置）には開口３６が形成されている。この状態で電極材料３７が蒸着されることで、レジスト３５上と開口３６とに電極材料３７が積層される（図３（ａ））。次に、レジスト３５を除去することで、レジスト３５上に積層された電極材料３７が除去される（図３（ｂ））。そして、フッ酸をエッチャントとしたエッチング処理によってＳｉＯ_２膜３３を除去し、電極３７ａが形成される（図３（ｃ））。このＳｉＯ_２膜３３を除去する際のエッチング処理においては、エッチャントに含まれるフッ素残渣３９が電極３７ａ上面に残留する虞がある。

【0005】

また、リフトオフ法を用いた電極形成方法の他の例として図４に示す方法が考えられる。この例のＧａＡｓ基板４１には、ＳｉＮ膜４２、ＳｉＯ_２膜４３が順次積層されており、ＳｉＮ膜４２の所定の位置（電極の形成が予定される位置）に開口４２ａが形成されている（図４（ａ））。まず、ＳｉＯ_２膜４３がエッチングによって除去されることで、ＳｉＮ膜４２の開口４２ａが露出する。次に、レジスト４５を用いて開口４２ａ以外をマスクする（図４（ｂ））。この状態で電極材料４７が蒸着されることで、レジスト４５上と開口４２ａとに電極材料４７が積層される。その後、レジスト４５を除去することで、レジスト４５上に積層された電極材料４７が除去され、ＳｉＮ膜４２の開口４２ａ部分に電極４７ａが形成される（図４（ｃ））。図４に示した例では、レジスト４５を現像する際に、ＧａＡｓ基板４１における電極４７ａの形成が予定される位置（ＳｉＮ膜４２の開口４２ａ）に有機物残渣（現像液、レジスト残渣）４９が付着する虞がある。

【0006】

図３、図４のいずれの方法においても、電極３７ａ，４７ａが形成された後に、全体に別途ＳｉＮ膜５８が形成されてから、電極３７ａ，４７ａ上にＡｕメッキ５０が施される（図５）。

【0007】

しかしながら、図３に示した例では、フッ素残渣３９を除去するために別途洗浄をすることは、洗浄液によって電極３７ａが損傷する虞があり、困難となっている。

【0008】

また、図４に示した例では、有機物残渣４９は、一般に一度付着すると、半導体層の表面から除去し難い。そのため、ＧａＡｓ基板４１と電極４７ａとの間に有機物残渣が残留してしまう。

【0009】

上述のように電極上にフッ素残渣が残留していたり、ＧａＡｓ基板と電極との間に有機物残渣が残留していたりすると、図５に示されるように、イオンマイグレーションの発生によって電極３７ａ，４７ａ部分から金属５５が析出し、短絡が発生する虞があった。

【0010】

本発明は、イオンマイグレーションの発生が抑制された電極を形成する電極形成方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述した課題を解決するために、本発明の一実施形態による電極形成方法は、半導体層上に、半導体層の表面を露出する開口を備えた、保護膜を形成する工程と、開口及びその周辺を覆い、その外側の保護膜を露出するパターンを有する絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜を選択的に露出するレジストを形成する工程と、レジストをマスクとして、絶縁膜を除去する工程と、絶縁膜の除去によって露出した、開口内の半導体層の表面に電極を形成する工程と、を有する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、イオンマイグレーションの発生が抑制された電極を形成する電極形成方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る電極形成方法の各工程を示した図である。

【図2】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る電極形成方法の各工程を示した図である。

【図3】（ａ）〜（ｃ）は、従来の電極形成方法の各工程を示した図である。

【図4】（ａ）〜（ｃ）は、従来の電極形成方法の各工程を示した図である。

【図5】図５は、電極から析出した金属を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る電極形成方法は、半導体層上に、半導体層の表面を露出する開口を備えた、保護膜を形成する工程と、開口及びその周辺を覆い、その外側の保護膜を露出するパターンを有する絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜を選択的に露出するレジストを形成する工程と、レジストをマスクとして、絶縁膜を除去する工程と、絶縁膜の除去によって露出した、開口内の半導体層の表面に電極を形成する工程と、を有する。

【0015】

この電極形成方法によれば、電極が形成されるべき領域、すなわち保護膜の開口内の半導体層表面が、絶縁膜によって保護される。レジストに開口を形成する工程においては、有機物残渣が開口内に付着する。この有機物残渣の除去は非常に困難であるが、本発明の一態様によれば、絶縁膜によって保護されることから、これが半導体層の表面には付着しない。したがって、電極の表面や電極と半導体層との間に、有機物残渣が残留しないので、イオンマイグレーションの発生を抑制することができる。

【0016】

また、絶縁膜を除去する工程の後、電極を形成する工程の前に、開口内の残渣を除去する工程を含んでもよい。この絶縁膜を除去するためのエッチング工程において、開口内にはエッチング残渣が残るが、これは、電極を形成する前に除去されるので、半導体層の表面は清浄に保たれる。したがって、電極の表面や電極と半導体層との間に、エッチャント残渣が残留しないので、イオンマイグレーションの発生を抑制することができる。

【0017】

また、開口内の残渣を除去する工程は、硝酸又は塩酸を含有する溶液による洗浄工程を用いることができる。このような溶液により、絶縁膜を除去する際のエッチング液の残渣を確実に除去することができる。

【0018】

また、電極を形成する工程は、レジストをマスクとして利用した、リフトオフ工程を採用することができる。リフトオフ工程を採用することにより、電極材料や電極厚の自由度が向上する。

【0019】

また、絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜のいずれかであり、絶縁膜を除去する工程は、エッチャントとしてフッ酸、フッ化アンモニウムとフッ酸との混合液、又は、フッ酸と水との混合液のいずれかを用いたエッチング工程を採用することができる。これにより、絶縁膜を確実に除去することができる。

【0020】

また、絶縁膜を形成する工程の後、レジストを形成する工程の前に、絶縁膜の除去によって生じた残渣を除去する工程を採用することができる。絶縁膜のパターンを形成する際、半導体構造の表面には、残渣が残るが、これを電極形成前に除去することで、電極に残渣除去のための処理に由来する損傷が生じることを防止することができる。

【0021】

［本発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0022】

図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る半導体装置の電極形成方法の各工程を示した図である。以下の例では、半導体装置の電極形成方法の一例として、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のソース電極又はドレイン電極としてのオーミック電極を形成する電極形成方法について説明する。

【0023】

図１（ａ）に示されるように、本実施形態における電極形成方法の工程では、まず、半導体層１に形成されたＳｉＯ_２膜上の電極形成位置にレジストを形成する第１の工程が行われる。半導体層１は、例えばＧａＡｓ基板であるが、ＧａＮ等の他の半導体層であってもよい。この半導体層１上には、後に、オーミック電極７ａが形成される位置（電極形成位置）に開口２ａを備えたＳｉＮ膜（保護膜）２が形成されている。このＳｉＮ膜２及び開口２ａ内に露出した半導体層１の表面を覆うように、ＳｉＯ_２膜（酸化シリコン層）３からなる絶縁膜が形成されている。なお、図示しない別の工程によって、半導体層１には、ＳｉＮ膜２及びＳｉＯ_２膜３を貫通するようにゲート電極Ｇが形成されている。このゲート電極Ｇは、オーミック電極７ａが完成した後に、形成することもできる。このような半導体層１において、ＳｉＮ膜２の開口２ａが形成されている位置の上方に相当するＳｉＯ_２膜３の上面の所定の範囲に、レジスト（第１のレジスト）５が形成される。このレジスト５は、後の工程においてオーミック電極７ａが形成される、開口２ａの領域を覆って設けられる。さらに、このレジスト５は、開口２ａの周辺、すなわち開口２ａの周縁から延在する開口２ａの幅よりも広い幅の領域も覆うパターンで形成されることが好ましい。

【0024】

続いて、レジスト５をマスクとしてＳｉＯ_２膜３をエッチングにより除去する第２の工程が行われる。図１（ｂ）に示されるように、レジスト５が形成されている部分のＳｉＯ_２膜３ａは、レジスト５がマスクとなることで残される。この工程により、ＳｉＯ_２膜３ａは、ＳｉＮ膜２の開口２ａ及びその周辺を覆うとともに、この覆われた部分よりも外側のＳｉＮ膜２の表面を露出するパターンとなる。ＳｉＯ_２膜３ａのエッチングは、例えば、フッ酸をエッチャントとして行なわれる。このため、この工程が終了した段階では、レジスト５、ＳｉＮ膜２及びゲート電極Ｇの上面に、フッ素残渣Ｒ１が残留することになる。

【0025】

続いて、レジスト５を除去してから、ＳｉＯ_２膜３ａを選択的に露出するレジスト６を形成する工程、すなわち、残ったＳｉＯ_２膜３ａが露出する開口を備え、ＳｉＯ_２膜３ａに覆われない領域を覆う、レジスト６を形成する第３の工程が行われる。まず、レジスト５が剥離剤によって剥離（除去）されることで、ＳｉＯ_２膜３ａの上面が露出する。このとき、レジスト５の上面に残留していたフッ素残渣Ｒ１も一緒に除去される。続いて、ＳｉＮ膜２及びゲート電極Ｇ上のフッ素残渣Ｒ１が除去される。フッ素残渣Ｒ１の除去は、例えば硝酸処理によってなされる。続いて、図１（ｃ）に示されるように、ＳｉＯ_２膜３ａ上に開口が形成されるようにレジスト（第２のレジスト）６が形成される。このレジスト６によって形成される開口６ａの幅は、ＳｉＮ膜２に形成された開口２ａの幅よりも大きくなっている。第３の工程が終了した段階では、レジスト６が現像される際に除去しきれなかったレジスト残渣又は現像液による有機物残渣Ｒ２がＳｉＯ_２膜３ａの上面に残留している。

【0026】

続いて、露出したＳｉＯ_２膜３ａをエッチングにより除去する第４の工程が行われる。この工程では、ＳｉＯ_２膜３ａが、例えばフッ酸をエッチャントとしたエッチングによって除去される。これにより、ＳｉＯ_２膜３ａの上面に残留していた有機物残渣Ｒ２も除去される。

【0027】

続いて、ＳｉＯ_２膜３ａが除去された半導体層１の表面を洗浄し、電極材料を蒸着する第５の工程が行われる。第４の工程が終了すると、図１（ｄ）に示されるように、半導体層１の上面における開口２ａの位置には、エッチャントの残渣物であるフッ素残渣Ｒ３が残留している。まず、このフッ素残渣Ｒ３が、硝酸処理によって除去される。続いて、図２（ａ）に示されるように、ＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕの順に電極材料７が蒸着される。一例として、ＡｕＧｅは約３５０Å、Ｎｉは約８０Å、Ａｕは約４０００Åである。この工程によって半導体層１の開口２ａの位置に蒸着された電極材料７が、本実施形態で形成しようとするオーミック電極７ａである。なお、第５の工程が終了した段階では、レジスト６の上面にも電極材料７が蒸着されている。

【0028】

続いて、レジスト６を除去する第６の工程が行われる。この工程では、レジスト６が剥離剤によって剥離されることで除去される。この工程が終了した段階では、図２（ｂ）に示されるように、半導体層１の上面に形成されたＳｉＮ膜２、ゲート電極Ｇ及びオーミック電極７ａが露出している。この段階で、ＳｉＮ膜２、ゲート電極Ｇ及びオーミック電極７ａの上面には、フッ素残渣Ｒ１，Ｒ３及び有機物残渣Ｒ２はない。また、オーミック電極７ａと半導体層１との間にも、フッ素残渣Ｒ１，Ｒ３及び有機物残渣Ｒ２はない。

【0029】

続いて、ＳｉＮ膜２、ゲート電極Ｇ及びオーミック電極７ａを覆うように、さらにＳｉＮ膜８が形成される。続いて、オーミック電極７ａの上面に対して、ＴｉＷによるバリアメタル９、Ａｕメッキ１０が順に形成される。一例として、バリアメタル９は、約１５００Åであり、Ａｕメッキ１０は約３μｍである。以上の工程によって半導体層１にオーミック電極７ａが形成される。

【0030】

以上、この電極形成方法によれば、第３の工程においてレジスト６が形成されるときに、レジスト６の開口６ａの部分にＳｉＯ_２膜３ａが残っている。そのため、レジスト６が現像される際の有機物残渣は、後の工程で取り除かれるＳｉＯ_２膜３ａの上面に付着することになり、半導体層１の電極形成位置に付着することがない。すなわち、一度付着すると除去の困難な有機物残渣が、半導体層１の表面に付着しないため、有機残渣によるイオンマイグレーションが抑制できる。また、半導体層１の表面にオーミック電極７ａが蒸着される第５の工程よりも前である第４の工程で、ＳｉＯ_２膜３ａがエッチングされるため、当該エッチングに使用されたフッ素系エッチャントによるフッ素残渣Ｒ３がオーミック電極７ａ上に残留することがない。もちろん、本実施形態に従うと、図１（ｄ）に示すように、フッ素残渣Ｒ３が、開口２ａ内の半導体層１の表面に付着するが、その除去工程は、オーミック電極７ａを形成する前であるので、除去工程によってオーミック電極７ａを損傷することがない。このように、本実施形態によれば、有機物残渣Ｒ２が半導体層１の表面に付着することが防止できる。また、フッ素残渣Ｒ３をオーミック電極７ａの表面に付着することが防止できる。したがって、これら残渣によるイオンマイグレーションの発生や、残渣の除去工程によるオーミック電極の損傷を防止することができる。

【0031】

また、第５の工程におけるエッチャントの残渣物であるフッ素残渣Ｒ３の除去が、硝酸処理によってなされることで、フッ素残渣Ｒ３を確実に除去することができる。

【0032】

また、第５の工程におけるオーミック電極７ａの形成は、レジスト６をマスクとして利用した、リフトオフ工程となっている。このように、リフトオフ工程を採用することにより、電極材料や電極厚の設計上の自由度が向上する。

【0033】

また、第４の工程におけるエッチングには、エッチャントとしてフッ酸を用いることで、ＳｉＯ_２膜３ａを確実にエッチングすることができる。

【0034】

また、第２の工程において生じたフッ素残渣Ｒ１を除去しておくことで、より高品質なＦＥＴを形成することができる。

【0035】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。

【0036】

例えば、絶縁膜として、ＳｉＯ_２膜を例示したがこれに限定されない。例えば絶縁膜としてＳｉＮ膜やＳｉＯＮ膜を形成してもよい。

【0037】

また、ＳｉＯ_２膜をエッチングするためのエッチャントとして、フッ酸を用いる例を示したが、これに限定されない。ＳｉＯ_２膜を選択的にエッチングできるものであれば、例えば、フッ化アンモニウムとフッ酸との混合液、又は、フッ酸と水との混合液が用いられてもよい。

【0038】

フッ素残渣を除去するために硝酸を用いる例を示したが、これに限定されない。半導体デバイスの構造に影響を与えることなくフッ素残渣を除去できればよく、例えば塩酸を用いた洗浄によってなされてもよい。

【0039】

また、第１のレジストを剥離剤によって剥離した後に、ＳｉＮ膜及びゲート電極上のフッ素残渣が除去される工程を示したが、これに限定されない。フッ素残渣の除去は、ＳｉＮ膜及びゲート電極が第２のレジストによって被覆される前に行われればよく、例えば、第１のレジストを剥離する前に行われてもよい。

【符号の説明】

【0040】

１…半導体層、３，３ａ…ＳｉＯ_２膜（絶縁膜）、６…レジスト、７…電極材料、７ａ…電極、Ｒ１，Ｒ３…フッ素残渣（残渣物）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】