JP2009302151A - Production process of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、GaN系(窒化ガリウム)高電子移動度トランジスタ(HEMT:high electron mobility transistor))等に好適な半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device suitable for a GaN-based (gallium nitride) high electron mobility transistor (HEMT).
近年、GaN系HEMT等のGaN系半導体装置について、その物性的特徴から高耐圧・高速デバイスとしての応用が期待されている。GaN系半導体装置の高周波特性の向上のためには、ソースインダクタンスの低減及び放熱のためのビア配線構造部が必要である。 In recent years, GaN-based semiconductor devices such as GaN-based HEMTs are expected to be applied as high breakdown voltage / high-speed devices due to their physical characteristics. In order to improve the high-frequency characteristics of the GaN-based semiconductor device, a via wiring structure for reducing source inductance and radiating heat is necessary.
ここで、従来のGaN系HEMTの製造方法について説明する。図9A乃至図9Xは、従来のGaN系HEMTの製造方法を工程順に示す断面図である。 Here, a conventional method for manufacturing a GaN-based HEMT will be described. 9A to 9X are cross-sectional views showing a conventional GaN-based HEMT manufacturing method in the order of steps.
先ず、図9Aに示すように、シリコンカーバイド(SiC)からなる絶縁性基板101の表面上にGaN層102及びn型AlGaN層103をこの順で形成する。絶縁性基板101の厚さは350μm程度であり、GaN層102及びn型AlGaN層103の総厚さは2μm程度である。次に、n型AlGaN層103上にソース電極104s、ゲート電極104g及びドレイン電極104dを選択的に形成する。次いで、ソース電極104s、ゲート電極104g及びドレイン電極104dを覆うSiN層105をn型AlGaN層103上に形成する。
First, as shown in FIG. 9A, a
その後、図9Bに示すように、ソース電極104sに対応する開口部151s及びドレイン電極104dに対応する開口部151dを備えたレジストパターン151をSiN層105上に形成する。レジストパターン151の厚さは1μm程度である。
9B, a
続いて、図9Cに示すように、レジストパターン151をマスクとしてSiN層105をパターニングすることにより、開口部151sに整合するコンタクトホール105sをソース電極104s上に形成し、開口部151dに整合するコンタクトホール105dをドレイン電極104d上に形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 9C, by patterning the
次に、レジストパターン151を除去し、図9Dに示すように、新たに、開口部151sよりも小さくソース電極104sに対応する開口部152sを備えたレジストパターン152をSiN層105及びソース電極104s上に形成する。レジストパターン152の厚さは1μm程度である。また、開口部152sの直径は150μm程度である。
Next, the
次いで、図9Eに示すように、レジストパターン152をマスクとしてソース電極104sのイオンミリングを行うことにより、開口部106を形成する。
Next, as shown in FIG. 9E, the opening 106 is formed by performing ion milling of the
その後、レジストパターン152を除去し、図9Fに示すように、絶縁性基板101の表面側の全面にシード層107として、Ti層及びNi層の積層体、又はTi層及びCu層の積層体を形成する。
Thereafter, the
続いて、図9Gに示すように、ソース電極104sの外縁に対応する開口部153sを備えたレジストパターン153をシード層107上に形成する。レジストパターン153の厚さは3μm程度である。次に、電気めっき法により、開口部153s内において、シード層107上に厚さが1.2μm程度のNi層108を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 9G, a resist pattern 153 having an opening 153 s corresponding to the outer edge of the
次いで、図9Hに示すように、レジストパターン153を除去する。 Next, as shown in FIG. 9H, the resist pattern 153 is removed.
その後、図9Iに示すように、イオンミリングを行うことにより、Ni層108から露出しているシード層107を除去する。この時、Ni層108も若干削られ、その厚さが1μm程度となる。
Thereafter, as shown in FIG. 9I, the
続いて、図9Jに示すように、絶縁性基板101の表面側の全面にシード層109として、Ti層、Pt層及びAu層の積層体を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 9J, a stacked body of a Ti layer, a Pt layer, and an Au layer is formed as a
次に、図9Kに示すように、ソース電極104sの外縁に対応する開口部及びドレイン電極104dの外縁に対応する開口部を備えたレジストパターン154をシード層109上に形成する。レジストパターン154の厚さは1μm程度である。次いで、電気めっき法により、レジストパターン154の各開口部内において、シード層109上に厚さが1μm程度のAu層110を形成する。
Next, as shown in FIG. 9K, a
その後、図9Lに示すように、レジストパターン154を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 9L, the
続いて、図9Mに示すように、イオンミリングを行うことにより、Au層110から露出しているシード層109を除去する。この時、Au層110も若干削られ、その厚さが0.6μm程度となる。
Subsequently, as shown in FIG. 9M, the
次に、図9Nに示すように、絶縁性基板101の表面側の全面に表面保護層111を形成し、絶縁性基板101の表裏を反転させる。次いで、絶縁性基板101の裏面を研磨することにより、絶縁性基板101の厚さを150μm程度とする。
Next, as shown in FIG. 9N, a surface
その後、図9Oに示すように、絶縁性基板101の裏面上にシード層112として、Ti層及びNi層の積層体、又はTi層及びCu層の積層体を形成する。続いて、ソース電極104sに対応する部分を覆うレジストパターン155をシード層112上に形成する。レジストパターン155の厚さは3μm程度であり、直径は100μm程度である。次に、電気めっき法により、レジストパターン155を除く領域において、シード層112上に厚さが3.2μm程度のNi層113を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 9O, a Ti layer and Ni layer laminate or a Ti layer and Cu layer laminate is formed as a
次いで、図9Pに示すように、レジストパターン155を除去する。その後、イオンミリングを行うことにより、Ni層113から露出しているシード層112を除去する。この時、Ni層113も若干削られ、その厚さが3μm程度となる。
Next, as shown in FIG. 9P, the resist pattern 155 is removed. Thereafter, the
その後、図9Qに示すように、Ni層113をマスクとして絶縁性基板101のドライエッチングを行うことにより、ビアホール101sを形成する。このドライエッチングでは、六弗化硫黄(SF6)ガス及び酸素(O2)ガスの混合ガスを用いる。
Thereafter, as shown in FIG. 9Q, via
続いて、図9Rに示すように、Ni層113をマスクとしてGaN層102及びn型AlGaN層103のドライエッチングを行うことにより、ビアホール101sをシード層107まで到達させる。このドライエッチングでは、塩素(Cl2)ガスを用いる。また、このドライエッチングでは、Ni層108及びシード層107がエッチングストッパとして機能する。
Subsequently, as shown in FIG. 9R, the
次に、図9Sに示すように、ビアホール101s内及びNi層113上にレジスト層156を形成する。
Next, as shown in FIG. 9S, a resist
次いで、図9Tに示すように、レジスト層156に対して露光及び現像を行うことにより、ビアホール101s内のみにレジスト層156を残存させる。
Next, as shown in FIG. 9T, the resist
その後、図9Uに示すように、イオンミリングを行うか、硫酸と過酸化水素水との混合液(硫酸過水)に浸漬することにより、Ni層113及びシード層112を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 9U, the
続いて、図9Vに示すように、レジスト層156を除去する。次に、イオンミリングを行うことにより、ビアホール101sから露出しているシード層107を除去する。次いで、絶縁性基板101の裏面側の全面にシード層114として、Ti層、Pt層及びAu層の積層体を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 9V, the resist
次に、図9Wに示すように、電気めっき法により、シード層114上に厚さが10μm程度のAu層115を形成する。
Next, as shown in FIG. 9W, an
そして、図9Xに示すように、絶縁性基板101の表裏を反転させ、表面保護層111を除去する。
Then, as shown in FIG. 9X, the front and back of the insulating
従来、このような方法によって、GaN系HEMTを製造している。 Conventionally, a GaN-based HEMT has been manufactured by such a method.
しかしながら、この従来の製造方法では、ビアホール101sの形成及び延伸の処理が困難である。
However, in this conventional manufacturing method, it is difficult to form and stretch the via
例えば、SiCからなる絶縁性基板101のドライエッチングレートは、ビアホール101sの直径等の影響を受けやすく、その面内分布が大きい。このため、従来、確実にビアホール101sをGaN層102まで到達させて高い歩留まりを得ることを目的としてオーバーエッチングを行っている。ところが、絶縁性基板101の通常のドライエッチング条件では、SiCとNiとのエッチング選択比が100以上であるのに対し、SiCとGaN及びAlGaNとのエッチング選択比は約20〜30と低い。また、GaN層102及びn型AlGaN層103の総厚さは2μm程度と薄い。従って、オーバーエッチングの結果、GaN層102及びn型AlGaN層103の残存する割合のばらつきが大きくなっている。例えば、絶縁性基板101のドライエッチングレートのばらつき(面内分布)が±5%程度である場合に、深さが150μmのビアホール101sを形成するために33%のオーバーエッチング(50μmのSiCのエッチング量に相当)を行うとする。また、SiCとGaN及びAlGaNとの選択比が25であるとする。この場合、ある部分ではGaN層102が0.4μm残存するが、GaN層102及びn型AlGaN層103が完全に消失する部分も生じる。この状態から、残存しているGaN層102及びn型AlGaN層103のドライエッチングを行うと、既にこれらが完全に消失している部分では、シード層107及びNi層108がエッチングストッパとして機能できなくなり、これらもエッチングされてしまう。そして、Ni層108の厚さは1μm程度であるので、このNi層108が消失することもあり得る。
For example, the dry etching rate of the insulating
Ni層108を厚く形成しておけば、その消失を回避することは可能となるが、この場合には、他の問題が生じてしまう。即ち、Ni層108を形成した後には、Au層110の形成のためにレジストパターン154の形成が必要とされるが(図9K)、Ni層108の厚さが1μmを超えると、例えば3μm程度であると、レジストパターン154を厚く形成しなければ、その厚さが不均一となってパターンに歪が生じやすくなる。つまり、パターン開口精度が低くなりやすい。逆に、これを回避するために、レジストパターン154をも厚く形成すると、高い解像度でレジストパターン154を形成することが困難となる。このような事情のため、従来の製造方法では、Ni層108の厚さを1μm程度としている。
If the
更に、絶縁性基板101のドライエッチング(図9Q)並びにGaN層102及びn型AlGaN層103のドライエッチング(図9R)では、Ni層113をメタルマスクとして使用するため、同一のチャンバ内で行うことが可能であるが、この場合には、絶縁性基板101のドライエッチングで用いたSF6が残留し、この影響によりGaN層102及びn型AlGaN層103のエッチングレートが不安定になってしまう。図10は、本願発明者が確認のために行ったICPドライエッチングの実験の結果を示すグラフである。図10中の●はエッチングガスであるCl2のみを30sccmの流量で供給した場合のエッチングレートを示し、◆は30sccmのCl2の他にN2を混入させた場合のエッチングレートを示し、▲は30sccmのCl2の他にSF6を混入させた場合のエッチングレートを示している。また、いずれの測定においてもアンテナパワーを150Wとし、バイアスパワーを10Wとした。図10に示すように、Cl2のみを供給した場合には、54nm/分のエッチングレートが得られ、N2の混入により希釈した場合でも、40nm/分程度のエッチングレートが得られた。一方、SF6を混入した場合には、その流量が僅か1sccmであっても2nm/分まで著しく低下した。このように、チャンバ内にSF6が僅かでも残留していると、GaN層102及びn型AlGaN層103のエッチングレートが著しく低下してしまうのである。従って、従来の方法では、GaN層102及びn型AlGaN層103のドライエッチングを行う前に、チャンバ内の真空引きを行うか、チャンバ内を塩素プラズマでクリーニングしており、処理に長時間が必要となっている。また、処理時間の短縮のために、同一のチャンバ内で行うことが可能な処理(ドライエッチング)を、2台のドライエッチング装置に分けて行ったり、マルチチャンバを備えたドライエッチング装置を用いて2つのチャンバに分けて行ったりすることもある。
Further, in the dry etching of the insulating substrate 101 (FIG. 9Q) and the dry etching of the
これらの対処をすることにより、チャンバ内に残留するSF6の影響を低減することが可能なる。しかし、絶縁性基板101等にSF6が付着している場合には、その影響を排除することは困難である。
By taking these measures, it is possible to reduce the influence of SF 6 remaining in the chamber. However, when SF 6 adheres to the insulating
また、メタルマスクとして用いたNi層113及びシード層112を除去する際に、Ni層108及びシード層107までもが除去されないように、レジスト層156を形成しているが、レジスト層156に関する処理が煩雑となっている。即ち、一般的なスピンコータ等では均一にビアホール101s内にレジストを落とし込むことが困難であり、特に、その直径が100μm以下となると極めて困難となる。また、ディップコート、スプレーコート、ディスペンサー等のレジスト塗布技術では、ビアホール101sの底部のみにレジスト層156を厚く残すことが困難である。従って、これらの点で歩留まりが低くなることもある。また、厚く残すことが可能な装置は非常に高価なものとなっている。このため、Ni層113及びシード層112を除去せずに残すことも考えられる。
Further, the resist
しかしながら、Ni層113及びシード層112を残存させると、スループットの向上のために絶縁性基板101のエッチングレートを速めた場合に問題が生じる。即ち、エッチングレートの向上に伴うサイドエッチングによって、図11に示すように、ビアホール101sがテーパ状になってしまう。そして、テーパ状のビアホール101sの上端にNi層113及びシード層112が残存していると、その後に、シード層114及びAu層115を適切に形成することができない。
However, if the
また、エッチング時のチャンバ内の圧力を1Pa以下の低圧とすることにより、サイドエッチングを抑制することも可能であるが、この場合には、ビアホール101sの側壁でのイオン衝突が強くなり、図12に示すように、エッジに深いノッチが形成されやすい。そして、深いノッチが形成されると、ビアホール101sの全体がシード層107に到達する前に、ノッチの先端部がNi層108に到達して、Ni層108が侵食されたり、フッ化によるNi層108の不活性化が生じたりする。
Further, the side etching can be suppressed by setting the pressure in the chamber during etching to a low pressure of 1 Pa or less. In this case, however, ion collision on the side wall of the via
また、Si基板に関しては、ボッシュプロセスのように、C4F8等のデポジットガスを用いて、エッチング及びデポジションを繰り返しながら、エッチング側壁にフロロカーボン系ポリマーを堆積しながら、エッチングを行う技術もある。しかしながら、ただでさえSiC基板のエッチングレートが最大で0.24μm/分と低く、エッチング及びデポジションを繰り返したのでは、スループットがより低下してしまう。例えば、100μmオーダーのエッチングに10時間もの時間がかかってしまう。 In addition, as with the Bosch process, there is also a technique for performing etching while depositing a fluorocarbon-based polymer on the etching sidewall while repeating etching and deposition using a deposit gas such as C 4 F 8 as in the Bosch process. . However, even if the etching rate of the SiC substrate is as low as 0.24 μm / min at the maximum, repeated etching and deposition will further reduce the throughput. For example, it takes 10 hours to etch on the order of 100 μm.
このように、従来の方法では、Ni層113及びシード層112を残存させたまま、スループットを向上させることが困難である。
Thus, with the conventional method, it is difficult to improve the throughput while the
本発明の目的は、ビアホールの形成に関連する歩留まりの低下を抑制し、また、スループットを向上することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing a decrease in yield associated with formation of a via hole and improving throughput.
本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has come up with the following aspects of the invention.
第1の半導体装置の製造方法では、基板上に化合物半導体層を形成し、その後、前記化合物半導体層上に電極を形成する。次に、前記化合物半導体層に、少なくとも前記基板の表面まで到達する開口部を形成する。次に、前記開口部内に前記電極に接続される導電層を形成する。次に、前記導電層をエッチングストッパとするドライエッチングを行うことにより、前記基板に、その裏面側から前記導電層まで到達するビアホールを形成する。次に、前記ビアホール内から前記基板の裏面にわたってビア配線を形成する。そして、前記ドライエッチングを、前記ビアホールの側壁に化合物膜を形成しながら行う。 In the first method for manufacturing a semiconductor device, a compound semiconductor layer is formed on a substrate, and then an electrode is formed on the compound semiconductor layer. Next, an opening reaching at least the surface of the substrate is formed in the compound semiconductor layer. Next, a conductive layer connected to the electrode is formed in the opening. Next, by performing dry etching using the conductive layer as an etching stopper, a via hole reaching the conductive layer from the back surface side is formed in the substrate. Next, via wiring is formed from the via hole to the back surface of the substrate. Then, the dry etching is performed while forming a compound film on the sidewall of the via hole.
第2の半導体装置の製造方法では、基板上に化合物半導体層を形成し、その後、前記化合物半導体層上に電極を形成する。次に、前記化合物半導体層に、少なくとも前記基板の表面まで到達する開口部を形成する。次に、前記開口部内に前記電極に接続される導電層を形成する。次に、前記導電層をエッチングストッパとするドライエッチングを行うことにより、前記基板に、その裏面側から前記導電層まで到達するビアホールを形成する。次に、前記ビアホール内から前記基板の裏面にわたってビア配線を形成する。そして、前記開口部の最も深い部分の幅を、前記開口部の前記化合物半導体層の表面における幅よりも小さくする。 In the second method for manufacturing a semiconductor device, a compound semiconductor layer is formed on a substrate, and then an electrode is formed on the compound semiconductor layer. Next, an opening reaching at least the surface of the substrate is formed in the compound semiconductor layer. Next, a conductive layer connected to the electrode is formed in the opening. Next, by performing dry etching using the conductive layer as an etching stopper, a via hole reaching the conductive layer from the back surface side is formed in the substrate. Next, via wiring is formed from the via hole to the back surface of the substrate. And the width | variety of the deepest part of the said opening part is made smaller than the width | variety in the surface of the said compound semiconductor layer of the said opening part.
上記の半導体装置の製造方法によれば、ビアホールと導電層との関係とが適切なものとなっているため、所望のビアホールを容易に形成することが可能となる。また、絶縁性基板へのビアホールの形成の際に使用したガスの影響を受けずに化合物半導体層に開口部を形成することも可能となる。また、ビアホールの形成の際にメタルマスクを用いて、これを残存させたままとしてもビア配線を適切に形成することができるため、ビアホール内へのレジスト等の埋め込みが不要となる。これらにより、ビアホールの形成に関連する歩留まりの低下を抑制し、スループットを向上させることができる。 According to the manufacturing method of the semiconductor device described above, since the relationship between the via hole and the conductive layer is appropriate, a desired via hole can be easily formed. It is also possible to form an opening in the compound semiconductor layer without being affected by the gas used in forming the via hole in the insulating substrate. In addition, since a via wiring can be appropriately formed even if a metal mask is used and left while forming a via hole, it is not necessary to embed a resist or the like in the via hole. As a result, it is possible to suppress the yield reduction related to the formation of the via hole and improve the throughput.
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1A乃至図1Tは、第1の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. 1A to 1T are cross-sectional views showing a method of manufacturing a GaN-based HEMT according to the first embodiment in the order of steps.
第1の実施形態では、先ず、図1Aに示すように、シリコンカーバイド(SiC)からなる絶縁性基板1の表面上にGaN層2及びn型AlGaN層3をこの順で形成する。絶縁性基板1の厚さは350μm程度であり、GaN層2の厚さは2μm程度であり、n型AlGaN層3の厚さは25nm程度である。次いで、不活性領域92とする領域にボロン又はヘリウム等を注入することにより、2次元電子ガスを消失させる。この結果、不活性領域92及び活性領域91が区画される。次いで、n型AlGaN層3上にソース電極4s、ゲート電極4g及びドレイン電極4dを選択的に活性領域91内に形成する。その後、ソース電極4s、ゲート電極4g及びドレイン電極4dを覆うSiN層5をn型AlGaN層3上に形成する。ソース電極4s、ゲート電極4g及びドレイン電極4dの形成に当たっては、例えば、Ti層を形成し、その後にTi層上にAl層を形成する。
In the first embodiment, first, as shown in FIG. 1A, a
SiN層5の形成の後、図1Bに示すように、ソース電極4sに対応する開口部51s及びドレイン電極4dに対応する開口部51dを備えたレジストパターン51をSiN層5上に形成する。レジストパターン51の厚さは1μm程度である。
After the formation of the
次いで、図1Cに示すように、レジストパターン51をマスクとしてSiN層5をパターニングすることにより、開口部51sに整合するコンタクトホール5sをソース電極4s上に形成し、開口部51dに整合するコンタクトホール5dをドレイン電極4d上に形成する。SiN層5のパターニングに当たっては、例えば、チャンバ内にSF6及びCHF3を2:30の流量比で供給し、アンテナパワーを500Wとし、バイアスパワーを50Wとしてドライエッチングを行う。この場合のエッチングレートは0.24μm/分程度となる。
Next, as shown in FIG. 1C, by patterning the
その後、レジストパターン51を除去し、図1Dに示すように、不活性領域92内に位置するエッチングストッパ用の開口部52sを備えたレジストパターン52をSiN層5上に形成する。レジストパターン52の厚さは10μm程度である。また、開口部52sの直径は、例えば150μm程度である。レジストパターン52の厚さを10μm程度としても、直径が150μm程度の開口部52sは高い精度で形成することができる。続いて、レジストパターン52をマスクとしてSiN層5をパターニングすることにより、開口部52sに整合する開口部6を不活性領域92内に形成する。SiN層5のパターニングに当たっては、例えば、チャンバ内にSF6及びCHF3を2:30の流量比で供給し、アンテナパワーを500Wとし、バイアスパワーを50Wとしてドライエッチングを行う。
Thereafter, the resist
次いで、図1Eに示すように、レジストパターン52をマスクとしてn型AlGaN層3及びGaN層2のドライエッチングを行うことにより、開口部6を絶縁性基板1まで到達させる。このドライエッチングでは、塩素系ガス、例えばCl2ガスを用いる。また、ICPドライエッチング装置を用い、アンテナパワーを100Wとし、バイアスパワーを20Wとする。この場合のn型AlGaN層3及びGaN層2のエッチングレートは0.2μm/分程度となる。
Next, as shown in FIG. 1E, the
なお、開口部6を絶縁性基板1の内部まで到達させてもよい。
Note that the
次いで、レジストパターン52を除去し、図1Fに示すように、絶縁性基板1の表面側の全面にシード層7として、Ta層及びCu層の積層体をスパッタリング法により形成する。Ta層の厚さは20nm程度とし、Cu層の厚さは200nm程度とする。
Next, the resist
その後、図1Gに示すように、開口部6の全体を露出する開口部53sを備えたレジストパターン53をシード層7上に形成する。なお、開口部53sは不活性領域92内に位置させる。また、レジストパターン53の厚さは3μm程度である。
Thereafter, as shown in FIG. 1G, a resist
続いて、図1Hに示すように、電気めっき法により、開口部53s内において、シード層7上にNi層8を導電性エッチングストッパとして形成する。Ni層8の厚さは3.2μm程度である。Ni層8の形成は、例えば50℃〜60℃の温浴槽中で行う。この場合のめっきレートは0.5μm/分程度となる。
Subsequently, as shown in FIG. 1H, an
次いで、図1Iに示すように、レジストパターン53を除去する。その後、イオンミリングを行うことにより、Ni層8から露出しているシード層7を除去する。この時、Ni層8も若干削られ、その厚さが3μm程度となる。なお、n型AlGaN層3の表面とNi層8の表面との間隔は1μm程度となる。
Next, as shown in FIG. 1I, the resist
続いて、図1Jに示すように、絶縁性基板1の表面側の全面にシード層9として、Ti層、Pt層及びAu層の積層体をスパッタリング法により形成する。Ti層の厚さは10nm程度であり、Pt層の厚さは50nm程度であり、Au層の厚さは200nm程度である。
Subsequently, as shown in FIG. 1J, a stacked body of a Ti layer, a Pt layer, and an Au layer is formed as a seed layer 9 on the entire surface of the insulating
次いで、図1Kに示すように、ソース電極4s及びNi層8の全体を包囲する開口部並びにドレイン電極4dの外縁に対応する開口部を備えたレジストパターン54をシード層9上に形成する。レジストパターン54の厚さは3μm程度である。その後、電気めっき法により、レジストパターン54の各開口部内において、シード層9上に厚さが1μm程度のAu層10を形成する。Au層10の形成は、例えば55℃〜65℃のAuめっき槽中で行う。この場合のめっきレートは0.5μm/分程度となる。
Next, as shown in FIG. 1K, a resist
続いて、図1Lに示すように、レジストパターン54を除去する。次いで、イオンミリングを行うことにより、Au層10から露出しているシード層9を除去する。この時、Au層10も若干削られ、その厚さが0.6μm程度となる。シード層9を構成するTi層のミリングレートは15nm/分程度であり、Pt層のミリングレートは30nm/分程度であり、Au層のミリングレートは50nm/分程度である。
Subsequently, as shown in FIG. 1L, the resist
その後、図1Mに示すように、絶縁性基板1の表面側の全面に表面保護層11を形成し、絶縁性基板1の表裏を反転させる。次いで、絶縁性基板1の裏面を研磨することにより、絶縁性基板1の厚さを150μm程度とする。
Thereafter, as shown in FIG. 1M, the surface
続いて、図1Nに示すように、絶縁性基板1の裏面上にシード層21として、Ta層21a及びCu層21bの積層体をスパッタリング法により形成する。Ta層21aの厚さは20nm程度とし、Cu層21bの厚さは200nm程度とする。
Subsequently, as shown in FIG. 1N, a stacked body of a
次いで、図1Oに示すように、Ni層8に対応する部分を覆うレジストパターン55をシード層21上に形成する。レジストパターン55の厚さは3μm程度であり、直径は100μm程度である。その後、電気めっき法により、レジストパターン55を除く領域において、シード層21上に厚さが3.2μm程度のNi層13を形成する。Ni層13の形成は、例えば50℃〜60℃の温浴槽中で行う。この場合のめっきレートは0.5μm/分程度となる。
Next, as shown in FIG. 1O, a resist pattern 55 is formed on the
続いて、図1Pに示すように、レジストパターン55を除去する。次いで、イオンミリングを行うことにより、Ni層13から露出しているシード層21を除去する。この時、Ni層13も若干削られ、その厚さが3μm程度となる。
Subsequently, as shown in FIG. 1P, the resist pattern 55 is removed. Next, ion milling is performed to remove the
その後、図1Qに示すように、Ni層13をマスクとして絶縁性基板1のドライエッチングを行うことにより、ビアホール1sを形成する。このドライエッチングでは、フッ化物系ガス、例えば六弗化硫黄(SF6)ガス及び酸素(O2)ガスの混合ガスを用いる。また、ICPドライエッチング装置を用い、アンテナパワーを2kWとし、バイアスパワーを200Wとする。また、チャンバ内の圧力を5Pa以上、例えば10Paとする。更に、絶縁性基板1を載置するステージを冷却し、例えば、絶縁性基板1の温度を最高でも200℃程度に抑える。ステージの冷却では、例えば0℃程度のヘリウムガスをステージ内に通流させる。この場合のSiCからなる絶縁性基板1のエッチングレートは2μm/分以上となる。
Thereafter, as shown in FIG. 1Q, via
このような条件下でドライエッチングを行うと、図1Qに示すように、Ni層13中のNi、絶縁性基板1中のSi、及びSF6中のFを含む化合物膜19が、ビアホール1sの形成と共に、その側壁に堆積する。この化合物膜19は、SF6ガス及びO2ガスの混合ガスによってはほとんどエッチングされない。このため、ビアホール1sの側壁におけるイオン衝突が強くなっても、絶縁性基板1のサイドエッチングが抑制される。従って、ビアホール1sの径は、Ni層13の開口部の径以下となる。
When dry etching is performed under such conditions, as shown in FIG. 1Q, the
ビアホール1sの形成後には、図1Rに示すように、絶縁性基板1の裏面側の全面にシード層14として、Ti層、Pt層及びAu層の積層体をスパッタリング法により形成する。Ti層の厚さは10nm程度であり、Pt層の厚さは50nm程度であり、Au層の厚さは200nm程度である。
After the formation of the via
次いで、図1Sに示すように、電気めっき法により、シード層14上に厚さが10μm程度のAu層15を形成する。Au層15及びシード層14からビア配線16が構成される。なお、電気めっき法によりAu層15を、直径が100μm程度、深さが150μm程度のビアホール1s内に形成する場合、Au層15はビアホール1sの底部及び側部のみに形成され、ビアホール1sは完全には埋め込まれない。
Next, as shown in FIG. 1S, an
その後、図1Tに示すように、絶縁性基板1の表裏を反転させ、表面保護層11を除去する。そして、必要に応じて配線(図示せず)等を形成してGaN系HEMTを完成させる。
Thereafter, as shown in FIG. 1T, the front and back of the insulating
このような製造方法では、ビアホール1sの形成の際に、エッチングストッパとして機能するシード層7及びNi層8の底部が絶縁性基板1のビアホール1sが形成される領域と接しており、これらの間にGaN層2及びn型AlGaN層3が介在しない。このため、オーバーエッチングを行っても、GaN層2及びn型AlGaN層3が過剰にエッチングされることがない。そして、Ni層8が厚いため、オーバーエッチングによってNi層8が消失することがなく、Ni層8はエッチングストッパとして確実に機能する。また、Ni層8が従来のNi層108よりも厚いものの、Ni層8の表面とn型AlGaN層3の表面との間隔は1μm程度と狭いので、レジストパターン54の厚さを1μm程度と薄いものにしても、その厚さは均一になりやすい。従って、パターンに歪は発生しにくく、また、パターン開口精度を高く維持することも可能である。更に、GaN層2及びn型AlGaN層3のエッチングの前にSF6を用いた絶縁性基板1のドライエッチングを行わないので、GaN層2及びn型AlGaN層3のドライエッチングの際に残留SF6の影響を受けることもない。
In such a manufacturing method, when the via
従って、本実施形態によれば、オーバーエッチングにより得られる高い歩留まりを確保しながら、Ni層8をエッチングストッパとして確実に機能させることができる。従って、工程数の増加を抑制しながら、高い歩留まりを得ることが可能となり、製造コストが低減される。
Therefore, according to the present embodiment, the
また、高速で絶縁性基板1をエッチングしてもビアホール1sの形状が適切なものとなるため、Ni層13及びシード層21を残存させたままで適切なビア配線16を形成することができる。従って、ビアホール1s内へのレジスト膜の形成が不要となるため、工程数の低減及び所要時間の短縮が可能となる。
Further, even if the insulating
なお、表面保護層11の除去後では、絶縁性基板1の表面側から見たレイアウトは図2Aのようになり、裏面側から見たレイアウトは図2Bのようになる。つまり、図1Tには図示されていないが、図2Aに示すように、ゲート電極4gに接続されるAu層10も存在する。なお、図2Aに示すレイアウトは単純なものであるが、マルチフィンガーゲート構造を採用すれば、出力を向上させることができる。また、抵抗体及びキャパシタ等も実装してモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)としてもよい。
After the surface
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3A乃至図3Tは、本発明の第2の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. 3A to 3T are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a GaN-based HEMT according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.
第2の実施形態でも、先ず、図3Aに示すように、シリコンカーバイド(SiC)からなる絶縁性基板1の表面上にGaN層2及びn型AlGaN層3をこの順で形成する。更に、n型AlGaN層3上にSiN層31を、例えばプラズマCVD法により形成する。次いで、SiN層31上にシード層32として、Ti層及びNi層の積層体、又はTi層及びCu層の積層体を形成する。なお、SiN層31の代わりにSOG(spin on glass)層又は有機ポリマー層を形成してもよい。
Also in the second embodiment, first, as shown in FIG. 3A, the
シード層32の形成後には、図3Bに示すように、エッチングストッパを形成する予定の領域を覆うレジストパターン61をシード層32上に形成する。レジストパターン61の直径は150μm程度である。
After the formation of the
次いで、図3Cに示すように、電気めっき法により、レジストパターン61を除く領域において、シード層32上にNi層33を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, a
その後、図3Dに示すように、レジストパターン61を除去する。続いて、イオンミリングを行うことにより、Ni層33から露出しているシード層32を除去する。この時、Ni層33も若干削られる。
Thereafter, as shown in FIG. 3D, the resist
続いて、Ni層33をメタルマスクとしてSiN層31をパターニングすることにより、図3Eに示すように、開口部6を不活性領域92内に形成する。
Subsequently, by patterning the
続いて、Ni層33をメタルマスクとしてn型AlGaN層3及びGaN層2のドライエッチングを行うことにより、図3Fに示すように、開口部6を絶縁性基板1まで到達させる。このドライエッチングでは、ICPドライエッチング装置を用い、アンテナパワーを200Wとし、バイアスパワーを50Wとする。また、塩素系ガス、例えばCl2ガスを30sccmの流量でチャンバ内に供給し、チャンバ内の圧力を1Pa程度とする。この場合のn型AlGaN層3及びGaN層2のエッチングレートは0.29μm/分程度となる。
Subsequently, by performing dry etching of the n-
なお、第1の実施形態と同様に、開口部6を絶縁性基板1の内部まで到達させてもよい。
Note that the
次いで、Ni層33をメタルマスクとして絶縁性基板1のドライエッチングを行うことにより、図3Gに示すように、絶縁性基板1の表面に、例えば深さが20μm程度のテーパ形状の凹部1aを形成する。このドライエッチングでは、例えば、SF6ガス及びO2ガスの混合ガスを用い、O2ガスの流量に対するSF6ガスの流量を2.5程度とし、チャンバ内の圧力を0.5Pa程度とする。また、アンテナパワーを1kWとし、バイアスパワーを100Wとする。この場合の絶縁性基板1のエッチングレートは0.57μm/分程度となる。
Next, by performing dry etching of the insulating
その後、図3Hに示すように、硫酸過水を用いたウェットエッチング等により、Ni層33及びシード層32を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 3H, the
続いて、図3Iに示すように、絶縁性基板1の表面側の全面にシード層7として、Ta層及びCu層の積層体をスパッタリング法により形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3I, a stacked body of a Ta layer and a Cu layer is formed as a
次いで、図3Jに示すように、開口部6の全体を露出する開口部53sを備えたレジストパターン53をシード層7上に形成する。
Next, as shown in FIG. 3J, a resist
その後、図3Kに示すように、電気めっき法により、開口部53s内において、シード層7上にNi層8を導電性エッチングストッパとして形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3K, a
続いて、図3Lに示すように、レジストパターン53を除去する。その後、イオンミリングを行うことにより、Ni層8から露出しているシード層7を除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 3L, the resist
次いで、図3Mに示すように、SiN層31に選択的に開口部を形成し、その内部において、n型AlGaN層3上にソース電極4s、ゲート電極4g及びドレイン電極4dを形成する。その後、ソース電極4s、ゲート電極4g及びドレイン電極4dを覆うSiN層5をn型AlGaN層3上に形成する。ソース電極4s、ゲート電極4g及びドレイン電極4dの形成に当たっては、例えば、Ti層を形成し、その後にTi層上にAl層を形成する。
Next, as shown in FIG. 3M, an opening is selectively formed in the
SiN層5の形成の後、図3Nに示すように、ソース電極4sに対応する開口部51s、ドレイン電極4dに対応する開口部51d及びNi層8に対応する開口部51vを備えたレジストパターン51をSiN層5上に形成する。次いで、レジストパターン51をマスクとしてSiN層5をパターニングすることにより、開口部51sに整合するコンタクトホール5sをソース電極4s上に形成し、開口部51dに整合するコンタクトホール5dをドレイン電極4d上に形成し、開口部51vに整合するコンタクトホール5vをNi層8上に形成する。
After the formation of the
その後、レジストパターン51を除去し、図3Oに示すように、絶縁性基板1の表面側の全面にシード層9として、Ti層、Pt層及びAu層の積層体をスパッタリング法により形成する。
Thereafter, the resist
続いて、図3Pに示すように、ソース電極4s及びNi層8の全体を包囲する開口部並びにドレイン電極4dの外縁に対応する開口部を備えたレジストパターン54をシード層9上に形成する。次いで、電気めっき法により、レジストパターン54の各開口部内において、シード層9上に厚さが1μm程度のAu層10を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3P, a resist
その後、図3Qに示すように、レジストパターン54を除去する。続いて、イオンミリングを行うことにより、Au層10から露出しているシード層9を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 3Q, the resist
続いて、図3Rに示すように、絶縁性基板1の表面側の全面に表面保護層11を形成し、絶縁性基板1の表裏を反転させる。次いで、絶縁性基板1の裏面を研磨することにより、絶縁性基板1の厚さを150μm程度とする。その後、第1の実施形態と同様にして、シード層21及びNi層13を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3R, the surface
次いで、Ni層13をマスクとして絶縁性基板1のドライエッチングを行うことにより、図3Sに示すように、ビアホール1sを形成する。このドライエッチングでは、フッ化物系ガス、例えば六弗化硫黄(SF6)ガス及び酸素(O2)ガスの混合ガスを用いる。また、ICPドライエッチング装置を用い、アンテナパワーを2kWとし、バイアスパワーを200Wとする。また、O2ガスの流量に対するSF6ガスの流量を20程度とし、チャンバ内の圧力を0.5Pa程度の低圧にする。更に、絶縁性基板1を載置するステージを冷却し、例えば、絶縁性基板1の温度を最高でも200℃程度に抑える。ステージの冷却では、例えば0℃程度のヘリウムガスをステージ内に通流させる。この場合のSiCからなる絶縁性基板1のエッチングレートは1.47μm/分以上となる。
Next, dry etching of the insulating
このような条件下でドライエッチングを行うと、図3Sに示すように、チャンバ内の圧力が低いため、サイドエッチングは生じず、また、化合物膜19は形成されないが、ビアホール1sは、その先端にノッチが形成されながら伸びる。また、ノッチの深さは、エッチング深さの約12%になる。従って、ビアホール1sの深さが150μm程度の場合、ノッチの深さは18μmとなる。また、ノッチの幅は21μm程度となる。なお、図4に示すように、Ni層8の底面の幅(b)は、ビアホール1sのノッチに囲まれた部分の幅(d)以下であることが好ましく、また、ビアホール1sの幅(c)は、Ni層8のGaN層2に埋め込まれている部分の幅(つまり、開口部6の幅)(a)以下であることが好ましい。また、凹部1aの深さはノッチの深さ(例えば18μm)以上であることが好ましい。ビアホール1sのノッチに囲まれた部分よりも先に、ノッチの先端がNi層8に到達することを回避するためである。
When dry etching is performed under such conditions, as shown in FIG. 3S, the pressure in the chamber is low, so that side etching does not occur and the
ビアホール1sの形成後には、図3Tに示すように、第1の実施形態と同様にして、ビア配線16の形成及び表面保護層11の除去等を行う。そして、必要に応じて配線(図示せず)等を形成してGaN系HEMTを完成させる。
After the formation of the via
このような製造方法によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。これは、ビアホール1sの先端にノッチが形成されても、これを補償する凹部1aを予め絶縁性基板1に形成しているからである。つまり、凹部1aにより、ノッチのNi層8への到達が抑制され、この到達に伴うNi層8の侵食及びフッ化等が抑制される。
Also by such a manufacturing method, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. This is because, even if a notch is formed at the tip of the via
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。図5A乃至図5Eは、本発明の第3の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. 5A to 5E are cross-sectional views showing a method of manufacturing a GaN-based HEMT according to the third embodiment of the present invention in the order of steps.
第3の実施形態では、先ず、図5Aに示すように、第1の実施形態と同様にして、SiN層5への開口部6の形成までの処理を行う。次いで、図5Bに示すように、次いで、第1の実施形態とは異なり、レジストパターン52をマスクとしてn型AlGaN層3及びGaN層2の等方性エッチングを行うことにより、絶縁性基板1まで到達するテーパ状の開口部26をn型AlGaN層3及びGaN層2に形成する。この等方性エッチングでは、塩素系ガス、例えばCl2ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)を行う。
In the third embodiment, first, as shown in FIG. 5A, processing up to the formation of the
その後、図5Cに示すように、第1の実施形態と同様に、レジストパターン52の除去からシード層9の選択的な除去までの処理を行う。続いて、第1の実施形態と同様にして、図5Dに示すように、表面保護層11の形成からビアホール1sの形成までの処理を行う。但し、ビアホール1sの形成時の条件は第2の実施形態と同様にする。従って、図5Dに示すように、ビアホール1sは、その先端にノッチが形成されながら伸びる。本実施形態では、テーパ状の開口部26内にNi層8が形成されているため、第2の実施形態と同様に、ノッチのNi層8への到達が抑制される。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, similarly to the first embodiment, processes from the removal of the resist
ビアホール1sの形成後には、図5Eに示すように、第1の実施形態と同様にして、ビア配線16の形成及び表面保護層11の除去等を行う。そして、必要に応じて配線(図示せず)等を形成してGaN系HEMTを完成させる。
After the formation of the via
このような製造方法によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。これは、ビアホール1sの先端にノッチが形成されても、これを補償するテーパ状の開口部26内にNi層8を形成しているからである。つまり、開口部26により、ノッチのNi層8への到達が抑制され、この到達に伴うNi層8の侵食及びフッ化等が抑制される。
Also by such a manufacturing method, the same effect as the first embodiment can be obtained. This is because the
なお、本願発明者が第1の実施形態、第2の実施形態に沿ってビアホール1sを形成し、その走査型電子顕微鏡写真を撮影したところ、図6、図7に示す像が得られた。第2の実施形態に沿ったビアホール1sの形成では、SF6ガス及びO2ガスの混合ガスを用い、圧力を0.5Paとしてエッチングを行った。この結果、エッチングレートは1.5μm/分であり、Ni層13に対するSiCからなる絶縁性基板1の選択比は約50であり、ノッチの深さがビアホール1s深さの約12%となった。
In addition, when this inventor formed the via
また、本願発明者が第1の実施形態に沿ってビアホール1sを形成し、化合物膜19の組成をエネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDX)により調査したところ、図8に示す結果が得られた。この結果から、化合物膜19の主成分は、SiCからなる絶縁性基板1中のシリコン、Ni層13中のニッケル、及びエッチング時に使用されるSF6ガス中のフッ素であることが明らかである。
Further, when the inventor of the present application formed a via
なお、第2の実施形態と同様に、Ni層8の底面の幅(b)は、ビアホール1sのノッチに囲まれた部分の幅(d)以下であることが好ましい。ビアホール1sのノッチに囲まれた部分よりも先に、ノッチの先端がNi層8に到達することを回避するためである。
As in the second embodiment, the bottom surface width (b) of the
なお、基板として、いずれの実施形態においても、SiC基板の代わりに、サファイア基板、シリコン基板、酸化亜鉛基板等を用いてもよい。つまり、本発明は、ビアホールの形成の際にフッ素系ガスを用いたドライエッチングを行う場合に特に有用である。但し、第1の実施形態は、化合物膜19の特性上、SiC基板が最も好ましい。
In any of the embodiments, a sapphire substrate, a silicon substrate, a zinc oxide substrate, or the like may be used as the substrate in place of the SiC substrate. That is, the present invention is particularly useful when dry etching using a fluorine-based gas is performed when forming a via hole. However, in the first embodiment, the SiC substrate is most preferable in view of the characteristics of the
また、いずれの実施形態においてもNi層13を残存させているが、予めNi層13の厚さを調整しておくことにより、ビアホール1sの形成時にNi層13を消失させてもよい。
In any of the embodiments, the
1:絶縁性基板
1a:凹部
1s:ビアホール
2:GaN層
3:n型AlGaN層
4d:ドレイン電極
4g:ゲート電極
4s:ソース電極
6:開口部
7:シード層
8:Ni層
10:Au層
13:Ni層
14:シード層
15:Au層
16:ビア配線
19:化合物膜
21:シード層
26:開口部
1: Insulating
Claims (6)
前記化合物半導体層上に電極を形成する工程と、
前記化合物半導体層に、少なくとも前記基板の表面まで到達する開口部を形成する工程と、
前記開口部内に前記電極に接続される導電層を形成する工程と、
前記導電層をエッチングストッパとするドライエッチングを行うことにより、前記基板に、その裏面側から前記導電層まで到達するビアホールを形成する工程と、
前記ビアホール内から前記基板の裏面にわたってビア配線を形成する工程と、
を有し、
前記ドライエッチングを、前記ビアホールの側壁に化合物膜を形成しながら行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a compound semiconductor layer on the substrate;
Forming an electrode on the compound semiconductor layer;
Forming an opening that reaches at least the surface of the substrate in the compound semiconductor layer;
Forming a conductive layer connected to the electrode in the opening;
Forming a via hole reaching the conductive layer from the back side of the substrate by performing dry etching using the conductive layer as an etching stopper;
Forming via wiring from the via hole to the back surface of the substrate;
Have
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the dry etching is performed while forming a compound film on a sidewall of the via hole.
前記導電層はニッケルを含有し、
前記ドライエッチングを、フッ素を含有する雰囲気中で行い、
前記化合物膜として、ニッケル、シリコン及びフッ素を含有する膜を形成する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。 The substrate contains silicon;
The conductive layer contains nickel;
The dry etching is performed in an atmosphere containing fluorine,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a film containing nickel, silicon, and fluorine is formed as the compound film.
前記基板上にGaN層を形成する工程と、
前記GaN層上にn型AlGaN層を形成する工程と、
を有し、
前記ドライエッチングを、六弗化硫黄ガス及び酸素ガスの混合ガスを用いて行う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。 The step of forming the compound semiconductor layer includes
Forming a GaN layer on the substrate;
Forming an n-type AlGaN layer on the GaN layer;
Have
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the dry etching is performed using a mixed gas of sulfur hexafluoride gas and oxygen gas.
前記化合物半導体層上に電極を形成する工程と、
前記化合物半導体層に、少なくとも前記基板の表面まで到達する開口部を形成する工程と、
前記開口部内に前記電極に接続される導電層を形成する工程と、
前記導電層をエッチングストッパとするドライエッチングを行うことにより、前記基板に、その裏面側から前記導電層まで到達するビアホールを形成する工程と、
前記ビアホール内から前記基板の裏面にわたってビア配線を形成する工程と、
を有し、
前記開口部の最も深い部分の幅を、前記開口部の前記化合物半導体層の表面における幅よりも小さくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a compound semiconductor layer on the substrate;
Forming an electrode on the compound semiconductor layer;
Forming an opening that reaches at least the surface of the substrate in the compound semiconductor layer;
Forming a conductive layer connected to the electrode in the opening;
Forming a via hole reaching the conductive layer from the back side of the substrate by performing dry etching using the conductive layer as an etching stopper;
Forming via wiring from the via hole to the back surface of the substrate;
Have
A width of the deepest part of the opening is made smaller than a width of the opening on the surface of the compound semiconductor layer.
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