耐フッ酸多層薄膜及びその使用方法

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【発明の名称】	耐フッ酸多層薄膜及びその使用方法
【発明者】	【氏名】菅原英州【氏名】李衛東【氏名】鈴木秀夫【氏名】佐藤正博
【要約】	【課題】表面がフッ酸に対して高い耐腐食性を有すると共に、表面被覆部分が壊れた場合にも効果的にアシストできる膜厚の厚い優れた強度を持った耐フッ酸多層薄膜を提供すること。【解決手段】この耐フッ酸多層薄膜１は、Ａｕ及びＣｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄの何れか一種を用いて成る低抵抗導体を組み合わせて多層化したＡｕ薄膜層１ａと、Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｆｅの何れか一種を用いて成る低抵抗金属層１ｂとをＡｕ薄膜層１ａが両方の主面（表裏面）に配置されるように交互に積層した積層体から成る。又、この積層体では、Ａｕ薄膜層１ａの厚みを５～１００［ｎｍ］の範囲とし、且つ低抵抗金属層１ｂの厚みを５０ｎｍ～数μｍの範囲とすると共に、Ａｕ薄膜層１ａ及び低抵抗金属層１ｂを積層する積層数を増やして全体の膜厚Ｄ１を厚くしている。

【特許請求の範囲】
【請求項１】表面がフッ酸に対して高い耐腐食性を有すると共に、Ａｕ及び低抵抗導体を組み合わせて多層化したＡｕ薄膜層と低抵抗金属層とを交互に積層した積層体から成ることを特徴とする耐フッ酸多層薄膜。
【請求項２】請求項１記載の耐フッ酸多層薄膜において、前記積層体では、前記Ａｕ薄膜層を両方の主面に配置したことを特徴とする耐フッ酸多層薄膜。
【請求項３】請求項１又は２記載の耐フッ酸多層薄膜において、前記低抵抗導体は、Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄの何れか一種を用いて成り、前記低抵抗金属層は、Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｆｅの何れか一種を用いて成ることを特徴とする耐フッ酸多層薄膜。
【請求項４】請求項１～３の何れか一つに記載の耐フッ酸多層薄膜において、前記Ａｕ薄膜層は、厚みが５～１００［ｎｍ］の範囲にあり、前記低抵抗金属層は厚みが５０ｎｍ～数μｍの範囲にあり、更に、前記積層体では、前記Ａｕ薄膜層及び前記低抵抗金属層を積層する積層数を２～１０の範囲として成ることを特徴とする耐フッ酸多層薄膜。
【請求項５】請求項１～４の何れか一つに記載の耐フッ酸多層薄膜の使用方法において、前記耐フッ酸多層薄膜をシリコン基板を対象とした絶縁層を用いたフッ酸によるエッチング加工時に該絶縁層のエッチングの進行を止める裏打ち層として使用することを特徴とする耐フッ酸多層薄膜の使用方法。
【請求項６】請求項５記載の耐フッ酸多層薄膜の使用方法において、前記絶縁層は薄膜形成されたＳｉＯ₂層であり、前記エッチング加工は前記ＳｉＯ₂層をエッチングして穴開けする穴開けエッチング加工を含み、前記耐フッ酸多層薄膜は前記穴開けエッチング加工時に前記ＳｉＯ₂層の穴開け該当部分以外のエッチングの進行を止めるものであることを特徴とする耐フッ酸多層薄膜の使用方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として表面がフッ酸に対して高い耐腐食性を有する耐フッ酸多層薄膜、及びこの耐フッ酸多層薄膜の使用方法であって、シリコン基板を対象とした絶縁層を用いたフッ酸によるエッチング加工時に絶縁層のエッチングの進行を止めるために適用される耐フッ酸多層薄膜の使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、絶縁層を有するシリコン基板を対象としてエッチング加工する場合、シリコン結晶の異方性方向にアルカリ溶液等で選択的にエッチングを行えば、エッチングの進行がボロン元素を拡散したＰ＋Ｂ層及びＳｉＯ₂等の絶縁層で止まることが知られている。更に、絶縁層は硝酸にフッ酸を混合した希薄フッ酸溶液でエッチングすることができ、数μｍ程度の厚みで絶縁層を穴開けエッチング加工してスルーホール等を形成することが可能である。
【０００３】ここでの絶縁層の穴開けエッチング加工に際して、絶縁層のエッチングを止めるための下地層として、図３に示されるような膜厚Ｄ２が数十ｎｍ～数百ｎｍの範囲のＡｕ単層膜によるＡｕ薄膜１０が使用されている。このＡｕ薄膜１０は、高い耐腐食性を有する耐フッ酸膜であり、フッ酸に限らずアルカリや酸等の腐食性の溶液，ガス等に広く応用が計られており、数ｎｍ程度の膜厚があれば安定して絶縁層のエッチングを止めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したシリコン基板を対象とした絶縁層を用いたフッ酸によるエッチング加工時に絶縁層のエッチングを止めるための下地層として表面を被覆するように使用されるＡｕ薄膜の場合、しばしばその成膜時に異物が含有されたり、ピンホール等の欠陥が発生したり、傷付いたり、或いは剥離等を生じてＡｕ薄膜が破壊されると、絶縁層のエッチングを止めるという本来の役目を果たせなくなってしまうという問題がある。因みに、Ａｕ薄膜以外の他の金属を使用した場合においても、欠陥や傷等により破壊されると耐フッ酸特性が不十分になる。
【０００５】これに加え、一般にＡｕ層の場合、Ａｕ自体が高価であるために数μｍ～数十μｍのオーダで厚みを持たせてＡｕ単層膜のみで機械的に構成物をアシストしたり、強度を持たせるための用途では使用されておらず、上述したように厚さが数十ｎｍ～数百ｎｍの範囲のＡｕ薄膜として使用しているが、Ａｕ薄膜においてもスパッタリング等による成膜時にスパッタリングレートが小さいことにより膜形成に長時間を要してしまうという問題がある。
【０００６】即ち、現状においてエッチング加工時に絶縁層のエッチングを止めるための耐フッ酸用下地層として使用されるＡｕ薄膜は、成膜時の膜形成に時間がかかり過ぎてしまうという点や、Ａｕ単層膜による構造自体が欠陥や傷等の発生で破壊されることで耐フッ酸特性の劣化を来し易いという点で難点がある。
【０００７】本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、表面がフッ酸に対して高い耐腐食性を有すると共に、表面被覆部分が壊れた場合にも効果的にアシストできる膜厚の厚い優れた強度を持った耐フッ酸多層薄膜、及びその有効な使用方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、表面がフッ酸に対して高い耐腐食性を有すると共に、Ａｕ及び低抵抗導体を組み合わせて多層化したＡｕ薄膜層と低抵抗金属層とを交互に積層した積層体から成る耐フッ酸多層薄膜が得られる。
【０００９】又、本発明によれば、上記耐フッ酸多層薄膜において、積層体では、Ａｕ薄膜層を両方の主面に配置した耐フッ酸多層薄膜が得られる。
【００１０】更に、本発明によれば、上記何れかの耐フッ酸多層薄膜において、低抵抗導体は、Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄの何れか一種を用いて成り、低抵抗金属層は、Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｆｅの何れか一種を用いて成る耐フッ酸多層薄膜が得られる。
【００１１】加えて、本発明によれば、上記何れか一つの耐フッ酸多層薄膜において、Ａｕ薄膜層は、厚みが５～１００［ｎｍ］の範囲にあり、低抵抗金属層は厚みが５０ｎｍ～数μｍの範囲にあり、更に、積層体では、Ａｕ薄膜層及び低抵抗金属層を積層する積層数を２～１０の範囲として成る耐フッ酸多層薄膜が得られる。
【００１２】一方、本発明によれば、上記何れか一つの耐フッ酸多層薄膜の使用方法において、耐フッ酸多層薄膜をシリコン基板を対象とした絶縁層を用いたフッ酸によるエッチング加工時に該絶縁層のエッチングの進行を止める裏打ち層として使用する耐フッ酸多層薄膜の使用方法が得られる。
【００１３】他方、本発明によれば、上記耐フッ酸多層薄膜の使用方法において、絶縁層は薄膜形成されたＳｉＯ₂層であり、エッチング加工はＳｉＯ₂層をエッチングして穴開けする穴開けエッチング加工を含み、耐フッ酸多層薄膜は穴開けエッチング加工時にＳｉＯ₂層の穴開け該当部分以外のエッチングの進行を止めるものである耐フッ酸多層薄膜の使用方法が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の耐フッ酸多層薄膜及びその使用方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】図１は、本発明の一実施例に係る耐フッ酸多層薄膜１の基本構成を示した局部の側面図である。この耐フッ酸多層薄膜１は、Ａｕ及びＣｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄの何れか一種を用いて成る低抵抗導体を組み合わせて多層化したＡｕ薄膜層１ａと、Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｆｅの何れか一種を用いて成る低抵抗金属層１ｂとをＡｕ薄膜層１ａが両方の主面（表裏面）に配置されるように交互に積層した積層体から成る。又、この積層体では、Ａｕ薄膜層１ａの厚みを５～１００［ｎｍ］の範囲とし、且つ低抵抗金属層１ｂの厚みを５０ｎｍ～数μｍの範囲とすると共に、Ａｕ薄膜層１ａ及び低抵抗金属層１ｂを積層する積層数を増やす（図１では積層数が６以上の場合を示しているが、実用上における積層数は２～１０の範囲であれば良い）ことにより、表面がフッ酸に対して高い耐腐食性を有すると共に、耐フッ酸多層薄膜１の膜厚Ｄ１を数μｍ～数十μｍの範囲として表面被覆部分のＡｕ薄膜層１ａが壊れた場合にも効果的にアシストできる膜厚Ｄ１の厚い優れた強度を持つようにしている。
【００１６】即ち、このような耐フッ酸多層薄膜１の場合、Ａｕ薄膜層１ａ及び低抵抗金属層１ｂによる多層構造であるため、例えばフッ酸処理によりＡｕ薄膜層１ａの表面被覆部分の第１の層がエッチングで破壊され、それに隣接する低抵抗金属層１ｂがエッチングされるようなときでも、Ａｕ薄膜層１ａの第２の層，第３の層の存在により内部への腐食の進行を食い止められる。又、Ａｕ薄膜層１ａ及び低抵抗金属層１ｂによる多層構造は、図３で説明したＡｕ単層膜によるＡｕ薄膜１０とは異なり、低抵抗金属層１ｂの存在により耐フッ酸多層薄膜１全体の膜厚を厚くすることができ、数１０ｎｍの厚みでは十分な強度が得られなかったものを数μｍ～数十μｍの範囲の厚みとして充分な強度を確保することができる。
【００１７】従って、このような耐フッ酸多層薄膜１は、シリコン基板を対象とした絶縁層を用いたフッ酸によるエッチング加工時に絶縁層のエッチングの進行を止める裏打ち層として使用すれば有効となる。ここで、絶縁層が薄膜形成されたＳｉＯ₂層であれば、耐フッ酸多層薄膜１はエッチング加工としてＳｉＯ₂層をエッチングして穴開けする穴開けエッチング加工時にＳｉＯ₂層の穴開け該当部分以外のエッチングの進行を止めるように働く。
【００１８】例えばシリコン基板の表面をＳｉＯ₂層等の酸化物で覆い、その上に耐フッ酸多層薄膜１を成膜した後、シリコン基板の反対側からシリコン結晶の異方性を使ってエッチング孔を開孔する場合、この異方性エッチングはシリコンの結晶方位からの角度θが５４．７度となる性質を持つため、円錐状のエッチング孔を形成できる。異方性エッチングが進み、エッチング面がＳｉＯ₂層に達すると、エッチング速度が極端に遅くなるため、エッチング溶液の濃度とエッチング時間との制御で精度良くエッチングストップを行うことができる。この後、ＳｉＯ₂層をフッ酸で加工して耐フッ酸多層薄膜１の表面を露出させ、電気的な導通を計れば良い。このように、耐フッ酸多層薄膜１はＳｉＯ₂層をエッチングするエッチング加工時に補強膜や保護膜としての役割を果す。
【００１９】図２は、上述した耐フッ酸多層薄膜１をシリコン基板を対象としたエッチング加工時に絶縁層のエッチングを止めるための裏打ち層として使用した状態を示した要部の側面断面図であり、同図（ａ）は絶縁層としてＳｉＯ₂層７を有するシリコン基板のエッチング加工に関するもの，同図（ｂ）はマスク用絶縁層のＳｉＯ₂層４の成膜に関するもの，同図（ｃ）はＳｉＯ₂層７，４の穴開けエッチング加工に関するものである。
【００２０】ここでは、異方性シリコン３から成るシリコン基板を表側から角錐状にエッチングしてスルーホールを開孔する際、裏側にエッチングの進行を止めるための絶縁層としてＳｉＯ₂層７を成膜しておくが、このＳｉＯ₂層７は薄いために更に補強膜としてＳｉＯ₂層７上のエッチングを止める部分に上述したＡｕ薄膜層１ａ及び低抵抗金属層１ｂによる多層構造の耐フッ酸多層薄膜１を成膜する構成とする。
【００２１】具体的に言えば、先ず図２（ａ）に示すシリコン基板のエッチング加工において、異方性シリコン３から成るシリコン基板の両面に熱酸化及び反応性スパッタ法で酸化膜としてのＳｉＯ₂層７を成膜してからＳｉＯ₂膜７上のエッチングの進行を止める部分に補強膜として耐フッ酸多層薄膜１を成膜しておき、スルーホール等の角錐コーン状の開口部をパターンニングしてフッ酸－硝酸（ＨＦ－ＨＮＯ₃）系で等方的にフォトエッチングし、角形のスルーホールの入口部分を形成した後、ヒドラジン溶液のアルカリエッチング溶液で異方性エッチングを行う。この異方性エッチングでは、シリコンの結晶方位からの角度θが５４．７度となる性質を持つため、エッチングが進むとスルーホールの出口部分にシリコン孔が開孔されることになる。そのシリコン孔に相当する場所には膜厚が薄いＳｉＯ₂膜７の他、多層構造の耐フッ酸多層薄膜１が成膜されているので確実にエッチングストップすることができる。
【００２２】このようにＳｉＯ₂膜７上のエッチングの進行を止める部分に耐フッ酸多層薄膜１を成膜しておけば、異方性エッチングによりＳｉＯ₂膜７上のエッチングを進行する部分だけがエッチングされ、引き続いて図２（ｂ）に示すマスク用絶縁層のＳｉＯ₂層４の成膜で厚み数μｍの酸化膜であるＳｉＯ₂膜４を表側の角錐状にエッチングした部分全体に成膜する工程に移行することができる。
【００２３】更に、電気的なスルーホールを開孔する場合であれば、図２（ｃ）に示すＳｉＯ₂層７，４の穴開けエッチング加工で厚み数μｍのＳｉＯ₂層４，７をエッチングして下部導体（Ｃｕ電極）２を露呈させた後、下部導体２及びＳｉＯ₂層４に上部導体５を形成して下部導体２に上部導体５を接続する。この構造のようにＳｉＯ₂層４，７の裏側に下部導体２が形成されている場合、ＳｉＯ₂膜７上のエッチングの進行を止める部分に耐フッ酸多層薄膜１が成膜されていなければ、多少膜厚が厚い場合でもフッ酸により容易にエッチングされてしまい、ＳｉＯ₂層４，７のみならず下部導体２の全体が腐食されて開孔されてしまう危険性があるが、耐フッ酸多層薄膜１はフッ酸の腐食を何層にも渡って食い止めることができ、ＳｉＯ₂層４，７の完全削除を行うために、繰り返しフッ酸処理に耐えることができる。このような結果として、フッ酸に強い多層構造の耐フッ酸多層薄膜１と、高い強度を有する導体及びスルーホール等のコンタクトホールとを構成することができる。
【００２４】ここで補強膜として適用された耐フッ酸多層薄膜１は、繰り返しのフッ酸処理に強く、更に強度を有してその膜自体で構造物となることができるＡｕ薄膜層１ａ及び低抵抗金属層１ｂの多層構造であるため、例えＡｕ薄膜層１ａの１層が腐食やピンホール等で破壊されることにより低抵抗金属層１ｂがエッチングされても、Ａｕ薄膜層１ａの下の層でエッチングが止まるために大きな問題にはならず、しかも低抵抗金属層１ｂの存在により全体の膜厚を厚く成膜できるので、強度が大きくなってスルーホールの開孔においてスパッタ膜やメッキ膜により形成される導体の保護が可能となる。即ち、ここでの耐フッ酸多層薄膜１は、シリコン基板の表裏のスルーホールの導体をアシストする補強膜となると共に、マイクロマシン等における導体のシリコン基板からの独立を計ることができるので、フッ酸処理の多いシリコンの加工において重要な導体の保護を計る目的でも応用することができる。
【００２５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の耐フッ酸多層薄膜によれば、Ａｕ及び低抵抗導体を組み合わせて多層化したＡｕ薄膜層と低抵抗金属層とをＡｕ薄膜層が両方の主面に配置されるように交互に積層した積層体から成るものとしているので、表面がフッ酸に対して高い耐腐食性を有すると共に、膜厚をＡｕ単層膜では実用化し難い数μｍ～数十μｍの範囲として表面被覆部分のＡｕ薄膜層が壊れた場合にも効果的にアシストできる膜厚の厚い優れた強度を持たせることができるようになる。又、この耐フッ酸多層薄膜の使用方法として、シリコン基板を対象とした絶縁層を用いたフッ酸によるエッチング加工時に絶縁層のエッチングの進行を止める裏打ち層として使用しており、絶縁層が薄膜形成されたＳｉＯ₂層であるときに耐フッ酸多層薄膜をエッチング加工としてＳｉＯ₂層をエッチングして穴開けする穴開けエッチング加工時にＳｉＯ₂層の穴開け該当部分以外のエッチングの進行を止める働を持たせているので、フッ酸に強い多層構造の耐フッ酸多層薄膜と、高い強度を有する導体部及びスルーホール等のコンタクトホールとを構成することができるようになる。結果として、シリコン基板の３Ｄ構造（立体構造）への応用が可能となり、各種デバイスの小型化（マイクロ化）が更に促進されるようになる。

【出願人】	【識別番号】０００１３４２５７【氏名又は名称】エヌイーシートーキン株式会社
【出願日】	平成１３年３月８日（２００１．３．８）
【代理人】	【識別番号】１０００７１２７２【弁理士】【氏名又は名称】後藤洋介（外２名）
【公開番号】	特開２００２－２６４２５１（Ｐ２００２－２６４２５１Ａ）
【公開日】	平成１４年９月１８日（２００２．９．１８）
【出願番号】	特願２００１－６４２８８（Ｐ２００１－６４２８８）