説明

半導体装置の製造方法

【課題】素子の特性の変動を抑えること。
【解決手段】面方位が(100)面のシリコン基板1の表面に、1nm以下の酸化膜10を形成する。そして、この酸化膜10の表面に、スパッタリングによってアルミニウムを積層することで、全面が(111)面のアルミニウム膜2を形成する。そして、アルミニウム膜2の表面に、無電解めっき処理によりニッケルめっき層を形成する。また、アルミニウム膜2を形成した後、シリコン基板1とアルミニウム膜2とをシンタリングする際に、酸素濃度に合わせて、熱処理温度を調整する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、シリコン(Si)等の半導体基板に、アルミニウム(Al)電極を形成する場合、スパッタリングによってAl膜を形成する方法が提案されている。また、Si基板とAl膜とのコンタクト抵抗をできるだけ小さくするため、Al膜を成膜する前にフッ化水素(HF)処理を行い、Si基板の表面を洗浄する方法が提案されている。
【0003】
さらに、デバイスを製造する際にSi基板が反らないように、Si基板のおもて面の表面に、Al電極と、ニッケル(Ni)めっき層と、金(Au)めっき層とをこの順に積層し、裏面の表面に、おもて面側のNiめっき層の膜応力の3倍以上となるようにNi膜を形成する方法が提案されている(例えば、下記特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−33130号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の技術においては、Si基板の表面に、多くのダングリングボンドが存在する。ダングリングボンドは、原子の未結合手であり、ダングリングボンド上では電子が不安定なため、化学的に活性となる。したがって、スパッタリングによってSi基板の表面に、Al粒子をスパッタした際に、このSi基板の表面のダングリングボンドと、スパッタされたAl粒子のダングリングボンドとが結合する。このとき、軌道のひずみ等、Si原子の格子定数とAl原子の格子定数との相違によって界面エネルギーが生じ、Si基板の界面に蓄積される。さらに、この系において、例えば基板温度が高い等、結晶再配列に必要なエネルギーを有している場合、Si基板の界面に蓄積された界面エネルギーが開放されるため、スパッタ中にAl原子の再配列が起きる。このため、面方位が(100)面のSi基板に、例えば面積が数mm2以上の大面積で、例えば厚さが3μm以上の厚いAl膜を、スパッタリングによって成膜した際には、Si基板の表面に、例えば数mm〜数cmの間隔で、(111)面、(101)面、(001)面等の異なる面方位の結晶面がモザイク状に共存するAl膜が形成される。
【0006】
図3は、従来の製造方法によってSi基板の表面に形成されたAl膜の面方位を示す平面図である。また、図4は、図3の一部を拡大した拡大図である。なお、図4においては、図3の一部を50倍に拡大している。図3においては、最も色の薄い領域が(111)面であり、つぎに色の薄い領域が(001)面であり、最も色の濃い領域が(101)面である。図3および図4に示すように、従来の方法によれば、Si基板1の表面に形成されたAl膜2には、(111)面と、(001)面と、(101)面と、が混在している。
【0007】
また、図5は、従来の製造方法によってAl膜の表面に形成されたNiめっき層の構造を示す拡大図である。図5においては、図3に示すSi基板にAl膜とNiめっき層とをこの順に形成した後に、その一部を50倍に拡大している。図5においては、最も色の濃い領域が(111)面であり、つぎに色の濃い領域が(001)面であり、最も色の薄い領域が(101)面である。ここで、Niめっき層の密度は、(111)面が最も大きく、ついで(101)面、(001)面の順に小さくなる。
【0008】
このように、従来の方法によって形成されたAl膜の表面に、例えば無電解めっき処理によってNiめっき層を成長させた場合、Niめっき層の厚さや密度が不均質になる。その理由は、以下の通りである。すなわち、Al膜の表面にNiめっき層を成長させる場合、一般的に薬液処理によってAl原子を亜鉛(Zn)原子で置換した析出核をAl膜の表面に形成して、この析出核をスターターとしてNiを成長させる。このとき、Zn原子の析出核の密度が、Al膜の面方位に依存するため、例えばAl膜の面方位が(111)面の領域において、Niの成長率が最も大きくなり、形成されるNiめっき層の密度が最も大きくなる。しかしながら、Al膜に複数の面方位が混在する場合、異なる面方位の領域でNiの成長率が異なるため、形成されるNiめっき層の厚さや密度が不均質になるからである。そして、Niめっき層の厚さや密度が異なると、デバイスの特性が変動するという問題がある。
【0009】
このような問題を解消するため、基板の温度やスパッタリングのレート等を調整して、スパッタされるAl粒子のエネルギーを低くする方法が提案されている。しかしながら、Al粒子のエネルギーは、Alのスパッタターゲットに蓄積された熱等の影響を受けるため、安定した条件でAl膜を成膜することが困難であった。
【0010】
さらに、Al膜をスパッタした後に、Siとのシンタリングや応力緩和等のために、例えば400℃程度の温度で熱処理を行うことが一般的である。しかしながら、熱処理の際に、Al膜の中に空洞(ボイド)が生じるという問題がある。
【0011】
ここで、ボイドは、Alが酸化するときに生じるAlの結晶欠陥が、熱ストレスによる推進力によって、系のエネルギーを最小化するように移動し、集積し、成長するために生じると考えられている。通常、Al膜上に吸着された酸素は、表面拡散長が短いため、相対的に、小さく、密集した島として存在する。しかしながら、高温下でAl膜上に吸着された酸素分子は熱エネルギーを有しているため、Al膜の表面で長い拡散長を持ち、相対的に、大きく、分散した島となって存在することとなる。このような酸素による島の大きさが臨界点を超えると熱処理の間にボイドとして成長すると考えられる。このボイドは、酸素濃度が高く、熱処理温度が高いほど大きくなる。
【0012】
図6は、ボイドについて示す断面図である。図6に示すように、従来の方法によれば、Si基板1の表面に形成されたAl膜2の中に、ボイド4が形成される。このようなボイド4は、Niの無電解めっき処理を行う際に、エッチングされることで欠陥となる。また、このとき、ボイド4にNiが進入して、局部ストレスの発生源になる。これによって、製品の品質に悪影響を及ぼすという問題がある。また、ボイド4がSi基板1に接すると、ボイド4の中にNiが入った際に、デバイスの特性が変動してしまうという問題がある。
【0013】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、素子の特性の変動を抑えることのできる半導体装置の製造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】
【0014】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体装置の製造方法は、シリコン基板の表面に1nm以下の厚さの酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜の表面に、アルミニウム電極を形成する電極形成工程と、を含むことを特徴とする。
【0015】
また、請求項2の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項1に記載の発明において、前記電極形成工程の後に、前記アルミニウム電極の表面に、ニッケル膜を形成するニッケル膜形成工程を含むことを特徴とする。
【0016】
また、請求項3の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項2に記載の発明において、前記ニッケル膜形成工程においては、前記ニッケル膜を、無電解めっき処理により形成することを特徴とする。
【0017】
また、請求項4の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項1または2に記載の発明において、前記電極形成工程においては、前記アルミニウム電極を、スパッタリングまたは蒸着によってアルミニウム膜を成膜することで形成することを特徴とする。
【0018】
上述した請求項1〜4の発明によれば、シリコン基板の表面に、全面が同一の面方位のアルミニウム膜を形成することができる。このため、アルミニウム膜の表面に形成するニッケルめっき層の密度および厚さを均一にすることができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、素子の特性の変動を抑えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。
【図2】本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。
【図3】従来の製造方法によってSi基板の表面に形成されたAl膜の面方位を示す平面図である。
【図4】図3の一部を拡大した拡大図である。
【図5】従来の製造方法によってAl膜の表面に形成されたNiめっき層の構造を示す拡大図である。
【図6】ボイドについて示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明およびすべての添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0022】
(実施の形態)
図1または図2は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。本実施の形態においては、大きさが例えば6インチで、面方位が(100)面のSi基板を用いている。まず、図1に示すように、このSi基板1に、例えば5vol%の過酸化水素によって、例えば25℃の温度で、30分間の浸漬処理を行い、Si基板1の表面に、例えば0.7nmの厚さの酸化膜10を成長させる。この酸化膜10が、Si基板1のダングリングボンドと結合し、ダングリングボンドを終端する。上記過酸化水素水溶液にアンモニアを含ませてもよい。
【0023】
ここで、酸化膜10の厚さは、1nm以下であればよい。その理由は、Si基板1の表面に酸化膜10を形成することでコンタクト抵抗が上がるが、酸化膜10の厚さを1nm以下とすると、後にSi基板1の表面にAl膜を形成した際に、Al膜とSi基板1との界面のコンタクト抵抗が、酸化膜10が形成されていない場合の1.4倍以内となるからである。このコンタクト抵抗の変化は、素子の特性にほとんど影響を与えない程度である。また、酸化膜10の厚さが1nm以下であると、Si基板1の表面に形成された酸化膜10が、後の熱処理においてAl膜に溶けてしまうからである。
【0024】
ついで、図2に示すように、酸化膜10の表面に、AlSi電極等のAl電極となるAl膜2を、例えば1μm/毎分の成膜レート、200℃の基板温度で、スパッタリングにより成膜する。あるいは、酸化膜10の表面に、AlSi電極等のAl電極となるAl膜2を、例えば蒸着法によって成膜する。
【0025】
このように本実施の形態によれば、Niめっき層3の密度および厚さが全面で均一となるため、素子の特性の変動を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【0026】
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板に電極を形成するのに有用であり、特に、表面積の大きい電極を形成するのに適している。
【符号の説明】
【0027】
1 シリコン基板
2 アルミニウム膜
10 酸化膜

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリコン基板の表面に1nm以下の厚さの酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記酸化膜の表面に、アルミニウム電極を形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記電極形成工程の後に、前記アルミニウム電極の表面に、ニッケル膜を形成するニッケル膜形成工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記ニッケル膜形成工程においては、前記ニッケル膜を、無電解めっき処理により形成することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記電極形成工程においては、前記アルミニウム電極を、スパッタリングまたは蒸着によってアルミニウム膜を成膜することで形成することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2011−77201(P2011−77201A)
【公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−225616(P2009−225616)
【出願日】平成21年9月29日(2009.9.29)
【出願人】(591083244)富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Fターム(参考)】