特許 7589163 基板の構造化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-15

(45)【発行日】2024-11-25

(54)【発明の名称】基板の構造化方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/308 20060101AFI20241118BHJP

【ＦＩ】

H01L21/308 F

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021554409

(86)(22)【出願日】2020-05-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-14

(86)【国際出願番号】 EP2020062843

(87)【国際公開番号】W WO2020225414

(87)【国際公開日】2020-11-12

【審査請求日】2023-05-08

(31)【優先権主張番号】102019112030.6

(32)【優先日】2019-05-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】521406754

【氏名又は名称】エル・エス・アール エンジニアリング アンド コンサルティング リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＳＲ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｕｎｉｔ ６， １１／Ｆ， Ｐｒｏｓｐｅｒｉｔｙ Ｐｌａｃｅ， ６ Ｓｈｉｎｇ Ｙｉｐ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｋｗｕｎ Ｔｏｎｇ， Ｋｏｗｌｏｏｎ， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ ＳＡＲ， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】マルクス エルマー ラング

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１２４３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０４１２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０４３０９２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の構造化方法であって、以下の段階：
・ 基板（２）を準備する段階、
・ 前記基板（２）上にチタン核形成層（４）を施与する段階、
・ 前記チタン核形成層（４）を備えた基板（２）をフォトレジスト層（６）で全面的に被覆する段階、
・ 前記フォトレジスト層（６）をリソグラフィーにより構造化して、前記チタン核形成層（４）の区域を露出させる段階、
・ 前記チタン核形成層（４）が露出されている区域に、導体経路（１０）としての銅を選択的に施与する段階、
・ 構造化されたフォトレジスト（８）を除去する段階、および
・ 構造化されたフォトレジスト（８）で元々覆われていた区域におけるチタン核形成層（４）をエッチングする段階であって、チタン核形成層（４）をエッチングするためにリン酸が使用され、さらにチタンのエッチングの間にＵＶ光での露光が行われる前記段階、
が実施される、前記方法。

【請求項2】

半導体およびＩＣ基板産業における選択的エッチングを用いた構造化方法である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記チタン核形成層（４）が層厚１００～３００ｎｍを有し、且つ気相からの堆積を用いて生成される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記チタン核形成層（４）がスパッタリングを用いて生成される、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記銅の層が、電気めっきによって施与される、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記ＵＶ光が、波長３００ｎｍ以下を有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記ＵＶ光が、１８５ｎｍ、２５４ｎｍまたはそれら２つの波長の組み合わせを有する、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

エッチングに続いて、高圧洗浄工程が用いられる、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記チタン核形成層（４）のエッチングが、リン酸を有する槽内での浸漬によって、またはリン酸を噴霧することによって行われる、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

追加的な酸化剤をリン酸に加える、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

前記酸化剤を液体状で、または気体状で加える、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記酸化剤を過酸化水素として、酸素として、またはオゾンとして加える、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記酸化剤を開始剤として加える、請求項１０から１２までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

前記追加的な酸化剤を、プロセスを加速するために加える、請求項１０から１３までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項15】

さらに、超音波処理を実施する、請求項１から１４までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項16】

溶剤をリン酸と共に吸引装置に供給する、請求項１から１５までのいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は基板の構造化方法、殊に半導体基板およびＩＣ基板産業における選択的エッチングを用いた構造化に関する。

【背景技術】

【0002】

絶縁性基板上に金属層を施与し、引き続き湿式化学的エッチングを用いて構造化することは、一般的な従来技術から公知である。従って、例えば、銅層を備えた基板が公知であり、その際、典型的にはまず核形成層（英語の慣用語ではシード層と称されることも多い）が結晶化核として電気化学的に堆積される。この電気化学的に堆積された銅層上に、引き続き、さらなる電解堆積銅層が施与され、その際、２つの銅層は後に一緒に構造化されて、配線のために望ましい導体経路要素を形成する。さらなる工程段階、例えばビアの形成も必要とされることがあり、且つ当業者に公知である。

【0003】

典型的には、構造化された導体経路要素は、その最小の構造幅並びに互いの最小間隔に関して特徴付けられる。現在、基板産業において、電気めっきでは、ほぼ同じサイズのオーダーでの隣接する構造の最小間隔で、８μｍの最小構造分解能を有する構造の形成が一般的である。

【0004】

ますます小型化する傾向が進む現在のさらなる開発において、最小の構造幅もしくは間隔は、５μｍまたは２μｍの範囲、またはさらにはそれ未満に低減することが目指されている。しかしながら、そのためには、エッチング技術にも関する相応のさらなる開発を成し遂げ、殊に構造形成の間に生じるアンダーエッチングを低減することが必要である。

【0005】

１つのアプローチは、核形成層、つまりシード層を他の金属と交換して、選択的エッチングすることができ、それは殊に、堆積された電解銅層への湿式化学的浸食がより少なくなることを可能にする。

【0006】

この際、１つの可能な変法は、核形成層としてチタンを用いることであることができ、その際、典型的には層厚３００ｎｍ以下を有するチタン層が基板上に施与される。公知の方法の場合、チタン層のエッチングはフッ酸を用いて、またはアルカリ溶液、つまり殊にＮａＯＨまたはＫＯＨを用いて行われ、その際、過酸化水素を併用して作業されることが多い。

【0007】

しかしながら、２つの方法、つまりチタンのフッ酸を用いたエッチングもアルカリ溶液中のエッチングも、構造間の溶液の交換に依存し、さらには、極めて危険なプロセス条件がもたらされるという、プロセス技術的に大きな欠点を有する。使用される機械にも、作業者および環境にも悪影響を及ぼすことがある強いエッチング作用の他に、殊にこのプロセスを実施する際、個々の反応成分の急激な分解（「突然の分解」と称されることも多い）による爆発の危険もあり、それは殊にＫＯＨを使用する際に影響する。

【0008】

欧州特許出願公開第２５４９５５３号明細書(EP254955A2)から、ＬＥＤモジュールおよび相応の製造方法が公知であり、その際、前記ＬＥＤモジュールは、絶縁層上に形成される複数のグランドプレーンを有する。絶縁層は例えば酸化ケイ素として提供され得る。その絶縁層上に、チタンまたは金を出発層として有する核形成層が施与される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】欧州特許出願公開第２５４９５５３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の課題は、基板の構造化方法、殊に半導体およびＩＣ基板産業における選択的エッチングを用いた構造化であって、プロセス条件に関して従来技術から公知の方法よりも容易に制御可能であり、さらに２μｍ以下の構造分解能を可能にする前記方法をもたらすことである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記の課題は、請求項１の特徴によって解決される。本発明のさらに有利な構成はそれぞれ従属請求項の対象である。これは、技術的に合理的な方式で互いに組み合わせることができる。明細書は、殊に図面と関連付けて本発明をさらに特徴付け且つ特定する。

【0012】

本発明によれば、基板の構造化方法、殊に半導体およびＩＣ基板産業における選択的エッチングを用いた構造化方法であって、以下の段階：
・ 基板を準備する段階、
・ 前記基板上にチタン核形成層を施与する段階、
・ 前記チタン核形成層を備えた基板をフォトレジスト層で全面的に被覆する段階、
・ 前記フォトレジスト層をリソグラフィーにより構造化して、前記チタン核形成層の区域を露出させる段階、
・ 前記チタン核形成層が露出されている区域に、導体経路としての銅を選択的に施与する段階、
・ 構造化されたフォトレジストを除去する段階、および
・ 構造化されたフォトレジストで元々覆われていた区域におけるチタン核形成層をエッチングする段階であって、チタン核形成層をエッチングするためにリン酸が使用され、さらにチタンのエッチングの間にＵＶ光での露光が行われる前記段階、
が実施される、前記方法が記載される。

【0013】

従って、水溶液中のリン酸を用いたチタンシード層のエッチングが使用され、それがさらにＵＶ光での露光によって影響を及ぼされるので、導体経路の銅材料に対して選択的なエッチングが実施可能である。このような手順は、明らかに少ないアンダーカットもしくはアンダーエッチングをもたらすので、より少ない導体経路幅並びに互いの導体経路の間隔を達成できる。

【0014】

本発明の実施態様によれば、チタン核形成層は層厚１００～３００ｎｍを有し、且つ気相からの堆積を用いて、有利にはスパッタリングを用いて生成される。

【0015】

これにより、ほぼあらゆる公知の基板上へのチタン核形成層の容易な施与が可能になる。

【0016】

本発明のさらなる実施態様によれば、銅層は電気めっきを用いて施与される。

【0017】

銅層を、構造化されたフォトレジストで覆われた区域の間に直接的に施与して、導体経路構造を定義できる。

【0018】

本発明のさらなる実施態様によれば、ＵＶ光は波長３００ｎｍ以下を有する。典型的には、波長１８５ｎｍ、２５４ｎｍまたは２つの波長の組み合わせを有するＵＶ光またはＵＶレーザーを使用できる。

【0019】

ＵＶ光での照射に基づき、エッチング溶液中で酸素もしくはオゾンが発生する。さらに、ＵＶ光は、殊に酸化チタンへの酸化によるチタンの活性化を引き起こし、それは拡散層中での直接的な化学反応を可能にするので、溶剤の交換の必要性が最小化される。さらに、ＵＶ光はリン酸からのＯＨの脱離を促進するので、脱離されたＯＨ基がチタンのエッチングを促進する。

【0020】

本発明のさらなる実施態様によれば、エッチングに引き続き、高圧洗浄工程が用いられる。

【0021】

従って、プロセスの信頼性を高めるために、まだ付着しているチタン化合物を剥離できるように、高圧洗浄における洗浄工程が実施される。

【0022】

本発明のさらなる実施態様によれば、チタン核形成層のエッチングを、槽内でリン酸に浸漬することによって、またはリン酸を噴霧することによって行う。

【0023】

従って、エッチング工程を種々の方式で、つまり、静的または動的な浸漬によっても、噴霧によっても行うことができ、これは多様な用途の可能性をもたらす。

【0024】

本発明のさらなる実施態様によれば、追加的な酸化剤が加えられる。

【0025】

本発明のさらなる実施態様によれば、前記酸化剤は液体状で、有利には過酸化水素として、または気体状で、有利には酸素またはオゾンとして加えられる。

【0026】

本発明のさらなる実施態様によれば、前記酸化剤が開始剤(Starter)として、新たな開始の際、またはより長い使用期間の際に加えられる。

【0027】

本発明のさらなる実施態様によれば、前記追加的な酸化剤はプロセスを加速するために加えられる。

【0028】

追加的な酸化剤の添加は、新たな開始の際、またはより長い使用期間の際に、開始剤として、リン酸を有する溶液に役立つことを可能にする。さらに、追加的な酸化剤をプロセスの加速のために用いることも可能である。

【0029】

本発明のさらなる実施態様によれば、さらに超音波処理も実施される。

【0030】

殊に、浸漬を利用する場合、それによって、使用済み材料の除去が改善されるか、もしくはまだ付着しているチタン化合物を剥離できる。

【0031】

本発明のさらなる実施態様において、溶剤をリン酸と共に吸引装置に供給する。

【0032】

浸漬および噴霧の利用において、１つ以上の吸引装置の取り付けは流れを改善でき、ひいては基板上の非常に微細な構造における溶液の交換を改善できる。吹き付けもしくは流れ（浸漬における）と、溶液の吸引との組み合わせは、構造の表面での流れを生成し、且つ溶液の交換を促進する。

【0033】

いくつかの実施例を、図面を用いて以下でより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】図１Ａ～Ｆは、本発明による方法を用いた基板の導電性表面の構造化に際する個々のプロセス段階を側面図で示す。

【図2】図２は、本発明による方法を実施するための第１の装置を側面図で示す。

【図3】図３は、本発明による方法を実施するための第２の装置を側面図で示す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図面においては、同一または機能的に同じ作用をする部材には同じ符号が与えられている。

【0036】

以下において、図１Ａ～１Ｆに関連して、本発明の第１の実施態様をより詳細に説明し、それは例えば、集積回路が搭載された基板のための構造化された導電性表面を製造するために適している。

【0037】

図１Ａに示されるとおり、まず基板２上にチタン核形成層４を施与し、前記チタン核形成層は通常、厚さ３００ｎｍ以下を有し、スパッタを用いて前記基板２の上で生成される。チタン核形成層４は以下でシード層とも称される。

【0038】

図１Ｂは、チタン核形成層４上の、基板２とは反対の側にフォトレジスト層６が全面的に施与されていることを示し、これは通常、スピンコーティングまたはラミネートによって達成できる。しかし、全面のフォトレジスト層６を施与するための当業者に公知の他の方法は除外されない。

【0039】

図１Ｃに示されるとおり、引き続きリソグラフィーの露光を用いてフォトレジスト層６の構造化を行い、通常の湿式化学的な現像段階の後、全面のフォトレジスト層６が、多数の構造要素を有する構造化されたフォトレジスト８へと変換される。構造化されたフォトレジスト８の残る部分は、後の使用において、基板２上で導電性の経路が備えられるべきところ以外の位置に相応する。従って、構造化されたフォトレジスト８は、図１Ｃに象徴的に示される実施態様からは大きく相違し得る、他の殊に不規則なパターンも形成できることは自明である。

【0040】

引き続くプロセス段階において、構造化されたフォトレジスト８で覆われていない区域におけるチタン核形成層４上に選択的に銅をもたらし、それは通常、電気めっきによって行われる。導体経路は、図１Ｄに符号１０で示されている。

【0041】

図１Ｅに示される次のプロセス段階において、構造化されたフォトレジスト８が除去される。従って、銅材料によって形成される導体経路１０の間の区域が露出されて、導体経路１０以外のチタン核形成層４がさらけ出される。元は構造化されたフォトレジスト８で覆われていた区域で、チタン核形成層がエッチングで除去され、ここで、チタン核形成層４のエッチングのためにリン酸が使用されるので、導体経路１０の銅材料に対する選択的エッチングが実施可能である。このような手順は、明らかに少ないアンダーカットをもたらすので、より少ない導体経路幅並びに互いの導体経路の間隔を達成できる。

【0042】

図２を参照し、殊に図１Ｆで示されたエッチング段階を再度説明する。基板２を浸漬槽１２に入れ、その際、基板は静止していてもよいし、浸漬槽１２内で動かされてもよいことが理解される。図２に示されていない他の変法において、基板表面でリン酸を噴霧することも可能である。

【0043】

リン酸は所定の濃度で水溶液として存在し、それは図２において符号１４を用いて示される液面に基づき理解される。さらに、チタン核形成層４のエッチング工程の際、例えば波長１８５ｎｍ、２５４ｎｍまたはこの２つの波長の組み合わせを有するＵＶ光を発することができるＵＶランプ１６を用いてＵＶ光を供給する。

【0044】

ＵＶランプ１６からのＵＶ光での照射の役目は、酸素もしくはオゾンをエッチング溶液中で生成することである。さらに、ＵＶ光は、殊に酸化チタンへの酸化によるチタンの活性化を引き起こし、それは拡散層中での直接的な化学反応を可能にするので、溶剤の交換の必要性が最小化される。さらに、ＵＶ光はリン酸からのＯＨの脱離を促進するので、脱離されたＯＨ基がチタンのエッチングを促進する。

【0045】

本発明によれば、ＵＶランプ１６が基板２の表面を直接的に照射してもよいし、浸漬槽１２内で間接的に用いられてもよく、なぜなら、それにもかかわらずＯＨは脱離し、Ｏ₂またはＯ₃が生成されるからである。間接的な照射の場合の効果は、より悪いかもしれないが、この用途のためには充分である。従って、「ＵＶ光での露光」との文言は一般に、表面に直接的に向けられているか否かには関わらず、ＵＶ光を用いることであると理解される。

【0046】

図３に本発明のさらなる実施態様を示す。ここでは、リン酸中での湿式化学的なエッチングに追加して、さらに酸化剤が添加され、それは過酸化水素、酸素またはオゾンとして液体または気体状のいずれかで供給され得る。

【0047】

追加的な酸化剤の添加は、図３において供給部１８によって模式的に示されている。前記酸化剤の役目は、開始剤として、新たな開始の際、またはより長い使用期間の際に、リン酸を有する溶液に役立つことである。さらに、追加的な酸化剤をプロセスの加速のために用いることも可能である。

【0048】

引き続き、図３において洗浄装置２０によって示されるとおり、プロセスの信頼性を高めるため、まだ付着しているチタン化合物を剥離できるように高圧洗浄における洗浄工程を実施する。このプロセス段階は、典型的には任意であり、且つ所望の用途によっては必須である。

【0049】

場合により、浸漬の利用において、超音波を用いてチタンを小さな構造からより良好に剥離することができる。特に、周期的にオンオフを切り替える場合、非常に微細な構造における溶液の交換を改善することができるはずである。

【0050】

浸漬および噴霧の利用において、追加的な吸引装置の取り付けは流れを改善でき、ひいては導体経路１０の非常に微細な構造における溶液の交換をさらに改善できる。吹き付けもしくは流れ（浸漬における）と、溶液の吸引との組み合わせは、表面または構造で流れを生成し、且つ溶液の交換を促進する。

【0051】

図１～３に関連して説明された方法は、従来技術からのものに比して危険が著しく少なく、且つ殊にエッチングすべき表面に直接的に作用する。２μｍ未満の解像度を有する構造要素が実現可能であることが実験により示された。

【0052】

上記および特許請求の範囲に示された、並びに図面において得られる特徴は、個別でも種々の組み合わせでも有利に実現可能である。本発明は、記載される実施例に限定されず、当業者の能力の範囲で様々に変更可能である。

【符号の説明】

【0053】

２ 基板
４ チタン核形成層
６ フォトレジスト層
８ フォトレジスト
１０ 導体経路要素
１２ 浸漬槽
１４ 液面
１８ 供給部
２０ 洗浄装置

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図2】

【図3】