JP2008140861A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 段切れのないビアホールを有する半導体装置が実現すること。
【解決手段】 一方の面１１ａに電極１２が形成され、かつ一方の面１１ａから他方の面１１ｂに貫通する貫通穴１１ｃが形成された半絶縁性基板１１と、貫通穴１１ｃの内面に形成され、電極１２と電気的に接続する導電層１７と具備した半導体装置において、貫通穴１１ｃが、他方の面１１ｂ側に位置する内径がこれよりも一方の面１１ａ側に位置する部分の内径よりも大きいテーパ領域１１ｄを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波帯で使用する半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

高周波帯で使用する半導体装置たとえばマイクロ波増幅装置は、電界効果型トランジスタなどの能動素子および抵抗やコンデンサなどの受動素子、高周波信号を伝送するマイクロストリップ線路などの回路素子から構成され、これらの回路素子はたとえば半絶縁性基板上に形成されている。半絶縁性基板の裏面には接地導体が形成されている。そして、回路素子を接地する場合、たとえば半絶縁性基板を貫通するビアホールを介して、半絶縁性基板上に設けた回路素子と半絶縁性基板の裏面に形成した接地導体とが電気的に接続される。

ビアホールは、半絶縁性基板の一方の面から他方の面に貫通する貫通穴を設け、貫通穴の内面に導電層を形成した構造をしている。貫通穴はたとえばエッチングで形成され、導電層はメッキや蒸着などで形成される。

上記した構成のビアホールは特許文献１などに開示されている。
特開平２−２８８４０９号公報

従来の半導体装置は、上記したように、ビアホールを形成する貫通穴はたとえばエッチングで形成され、貫通穴の内面に形成する導電層はメッキや蒸着などの方法で形成されている。

しかし、貫通穴の内面に導電層を形成する場合に、メッキや蒸着を行う金属が十分に形成されず、貫通穴の内面の一部に導電層が形成されない、いわゆる段切れが発生する場合がある。その結果、回路素子の接地が不十分になり、マイクロ波増幅装置などの電気的特性が劣化する原因になる。

本発明は、上記した欠点を解決し、ビアホールの段切れなどを防止した半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置の製造方法は、一方の面に電極が形成された半絶縁性基板の他方の面に、前記半絶縁性基板よりもエッチング速度が小さい材料からなるマスク層を形成する第１工程と、前記マスク層上にレジスト層を形成する第２工程と、光が通る領域を設けたマスクパターンを通して前記レジスト層に光を照射し、前記レジスト層に第１開口を形成する第３工程と、第１開口を形成した前記レジスト層を加熱し、前記レジスト層の第１開口の周辺に第１開口側に向かって厚さが薄くなる第１テーパ領域を形成する第４工程と、この第４工程の後、前記レジスト層の第１開口を利用して前記マスク層をエッチングし、前記半絶縁性基板の他方の面の一部が露出する第２開口を形成すると共に、前記第２開口の周辺に第２開口側に向かって厚さが薄くなる第２テーパ領域を形成する第５工程と、この第５工程の後、前記マスク層上に残った前記レジスト層を除去する第６工程と、この第６工程の後、前記第２開口を利用して前記半絶縁性基板をエッチングし、前記半絶縁性基板の他方の面側に位置する部分の内径がこれよりも一方の面側に位置する部分の内径よりも大きい第３テーパ領域を有する貫通穴を形成する第７工程と、前記貫通穴の内面に導電層を形成する第８工程とからなる。

また、本発明は、一方の面に電極が形成され、かつ一方の面から他方の面に貫通する貫通穴が形成されたＧａＮまたはＳｉＣからなる半絶縁性基板と、前記貫通穴の内面に形成され、前記電極と電気的に接続する導電層とを具備した半導体装置において、前記貫通穴が、他方の面側に位置する部分の内径がこれよりも一方の面側に位置する部分の内径よりも大きいテーパ領域を有する。

本発明によれば、ビアホールを構成する貫通穴の内面に内径が変化するテーパ領域が形成される。したがって、貫通穴の内面に導電層が確実に形成され、段切れのないビアホールを有する半導体装置およびその製造方法が実現する。

本発明の実施形態について、図１の断面で示した工程図を参照して説明する。

図１（ａ）に示すように、半絶縁性基板１１の一方の面１１ａたとえばその表面に、ある面積をもった電極１２が形成されている。半絶縁性基板１１は、たとえばＧａＮあるいはＳｉＣなどの化合物半導体から構成されている。電極１２はＮｉなどで形成されている。電極１２には、半絶縁性基板１１のたとえば一方の面１１ａに形成された回路素子（図示せず）の接地端子などが接続される。

半絶縁性基板１１の他方の面１１ｂたとえばその裏面には、Ａｌなどの金属からなるマスク層１３が形成されている。マスク層１３を形成する金属には、後述するように、半絶縁性基板１１をドライエッチングする際に使用するエッチングガスによるエッチング速度が、半絶縁性基板１１よりも小さい特性のものが使用される。また、マスク層１３上にレジスト層１４が形成されている。

マスク層１３およびレジスト層１４が形成された半絶縁性基板１１の上方にマスクパターン１５が配置されている。マスクパターン１５はその一部に光を通すたとえば透孔１５ａが形成されている。マスクパターン１５は、透孔１５ａと電極１２とが対面する位置関係になるように配置される。マスクパターン１５の図示上方、たとえばマスクパターン１５を基準にして半絶縁性基板１１と反対側に光源１６が配置される。

次に、光源１６からマスクパターン１５を通してレジスト層１４に光を照射し、その後、現像処理を行い、図１（ｂ）に示すように、光が照射された部分、たとえば電極１２と対面する位置に第１開口１４ａを形成する。このとき、第１開口１４ａの底にマスク層１３が露出する。なお、第１開口１４ａの面積は電極の面積よりも小さくなっている。また、ここではポジ型レジストの場合で説明している。しかし、ネガ型レジストを用いることもできる。

次に、レジスト層１４を加熱する。この加熱で、図１（ｃ）に示すように、第１開口１４ａを囲む縁上端の凸部がだれて、第１開口１４ａ側に向かって厚さが薄くなる第１テーパ領域１４ｂが、第１開口１４ａの周辺にたとえば環状に形成される。

次に、レジスト層１４の第１開口１４ａを利用してマスク層１３をエッチングする。エッチングは、たとえばＡｒガスあるいはＦ、Ｃｌなどのハロゲン系のガスを用いたドライエッチングで行われる。このエッチングで、図１（ｄ）に示すように、マスク層１３に第２開口１３ａが形成され、第２開口１３ａの底に半絶縁性基板１１の他方の面１１ｂが露出する。

マスク層１３をエッチングする際に、マスクとして機能するレジスト層１４は、第１開口１４ａの周辺が第１テーパ領域１４ｂになっている（図１（ｃ））。そのため、マスク層１３をエッチングする場合に、第１テーパ領域１４ｂも、時間の経過とともに第１開口１４ａに近い厚さの薄い内側から外側へと順にエッチングが進み、第１開口１４ａの径が徐々に拡大する。

したがって、マスク層１３のエッチングは、まず第１開口１４ａの底に露出する部分がエッチングされる。その後、レジスト層１４の第１開口１４ａの径の拡大に伴って、マスク層１３も内側から外側へと徐々にエッチングが進み、第２開口１３ａの径が徐々に拡大する。このとき、マスク層１３の内側の方が外側よりもエッチングが進む。したがって、第２開口１３ａの周辺には、たとえば第２開口１３ａ側に向かって厚さが徐々に薄くなる第２テーパ領域１３ｂが、たとえば環状に形成される。

次に、図１（ｅ）に示すように、レジスト層１４を除去し、その後、マスク層１３を利用して半絶縁性基板１１をエッチングする。半絶縁性基板１１のエッチングは、たとえばＡｒガスあるいはＦ、Ｃｌなどのハロゲン系のガスを用いたドライエッチングで行われる。

半絶縁性基板１１のエッチングは、まず、第２開口１３ａの底に露出する部分、たとえば半絶縁性基板１１面に垂直な点線ｄ１で囲まれた範囲で始まる。その後、エッチングの進行によって半絶縁性基板１１を貫通する第３開口１１ｃが形成される。

このとき、図１（ｄ）で説明したレジスト層１４の場合と同様、マスク層１３の第２テーパ領域１３ｂでも、厚さの薄い内側から厚い外側へとエッチングが順に進み、第２開口１３ａの径が拡大する。したがって、半絶縁性基板１１は、第２開口１３ａの径の拡大に伴って、第３開口１１ｃの形成と並行して、第３開口１１ｃのたとえば図示上方の内径が徐々に大きくなる。この場合、第３開口１１ｃのたとえば図示上方、たとえば他方の面１１ｂ側に位置する部分がエッチングの進みが早くなる。このため、点線ｄ２に示すように、たとえば半絶縁性基板１１の他方の面１１ｂに開口する開口の内径Ｄ１の方が、一方の面１１ａに開口する開口の内径Ｄ２よりも大きくなる。したがって、他方の面１１ｂから一方の面１１ａに向って、たとえば内径が徐々に小さくなる第３テーパ領域１１ｄを有する貫通穴１１ｃが形成される。

次に、図１（ｆ）に示すようにマスク層１３を除去する。その後、蒸着あるいは電気メッキなどの方法で、半絶縁性基板１１の他方の面１２ｂおよび第３開口１１ｃの内面１１ｄ、貫通穴１１ｃに面する電極１２の裏面に、Ａｕなどの金属からなる導電層１７を形成し、ビアホールが完成する。

このとき、電極１２はビアホールを構成する貫通穴の開口を、たとえば塞いだ形になっている。また、半絶縁性基板１１の他方の面１２ｂに形成された導電層１７は、たとえば接地導体として機能する。

上記の実施形態は、図１（ｅ）の点線ｄ２に示すように、第３開口１１ｃはその深さ方向において全体がテーパ領域１１ｄになっている。導電層１７を確実に形成するためには、深さ方向の全体がテーパ領域になっていることが望ましい。しかし、第３開口１１ｃの一部、たとえば他方の面１１ｂから連続する貫通穴１１ｃの図示上方の一部領域のみにテーパ領域も設ける構成にしてもよい。この場合、全体がテーパ領域になっている場合に比べると効果は小さいものの、導電層を確実に形成する効果が得られる。

また、第３開口１１ｃの内面に導電層１７を形成する場合、マスク層１３を除去している。しかし、マスク層１３を除去することなく、マスク層１３の上から導電層１７を形成することもできる。

ここで、半絶縁性基板１１をエッチングする方法について図２の概略構造図を参照して説明する。図２は、図１に対応する部分には同じ符号を付し、重複する説明は一部省略する。

チャンバ２１内のたとえば下方にカソード２２が配置されている。カソード２２の上方でカソード２２と対向する位置にアノード２３が配置されている。たとえばアノード２３に高周波源２４が接続され、カソード２２は接地されている。そして、エッチングを行う半絶縁性基板１１が、たとえばカソード２２上に搭載される。また、チャンバ２１の図示上方には、エッチングガスたとえばＡｒガスあるいはＦ、Ｃｌなどハロゲン系元素を含むガスを供給する供給口２５が設けられている。チャンバ２１の図示下方には、チャンバ２１内のガスを排出する排出口２６が設けられている。

上記の構成で、供給口２５からエッチングガスがチャンバ２１内に送られる。エッチングガスは高周波源２４が発生する高周波で励起され、たとえば加速されたイオンなどの作用で、半絶縁性基板１１がエッチングされる。

上記した構成によれば、半絶縁性基板の貫通穴の内面にテーパ領域を設けている。この場合、貫通穴の一方の開口が大きくなり、また、貫通穴の内面の傾斜が導電層を形成する金属を受ける形になる。そのため、蒸着や電気メッキなどの方法で導電層を形成する場合、導電層が確実に形成され、段切れが防止される。

また、半絶縁性基板としてＧａＮ基板あるいはＳｉＣ基板、サファイアダイヤモンド基板などを用いた場合、これらの物質は、貫通穴を形成するためにエッチングする際の反応性が乏しく、貫通穴の内面にテーパ領域を形成することが困難になっている。たとえばＳｉＣは化学的エッチングが困難であるため、ドライエッチングなどスパッタ性の強い物理的なエッチングになる。したがって、貫通穴を形成する場合に、テーパ領域を形成することが難しく、垂直な貫通穴になりやすい。

しかし、Ａｌなどからなるテーパ加工したマスク層を用いれば、ＧａＮ基板あるいはＳｉＣ基板などに対しても、貫通穴の内面にテーパ領域を容易に形成でき、段切れのないビアホールが得られる。

また、ビアホールを形成する貫通穴の一方の開口が大きくても、電極側の開口は小さくなっている。したがって、電極を大きくする必要がなく、回路の大形化が防止される。

本発明の実施形態を説明するための断面で示した工程図である。 本発明に係る半絶縁性基板のエッチング方法を説明する概略の構造図である。

符号の説明

１１…半絶縁性基板
１１ａ…半絶縁性基板の一方の面
１１ｂ…半絶縁性基板の他方の面
１１ｃ…貫通穴
１１ｄ…貫通穴のテーパ領域
１２…電極
１３…マスク層
１４…レジスト層
１５…マスクパターン
１６…光源
１７…導電層
Ｄ１、Ｄ２…貫通穴の内径

Claims (4)

1. 一方の面に電極が形成された半絶縁性基板の他方の面に、前記半絶縁性基板よりもエッチング速度が小さい材料からなるマスク層を形成する第１工程と、前記マスク層上にレジスト層を形成する第２工程と、光が通る領域を設けたマスクパターンを通して前記レジスト層に光を照射し、前記レジスト層に第１開口を形成する第３工程と、第１開口を形成した前記レジスト層を加熱し、前記レジスト層の第１開口の周辺に第１開口側に向かって厚さが薄くなる第１テーパ領域を形成する第４工程と、この第４工程の後、前記レジスト層の第１開口を利用して前記マスク層をエッチングし、前記半絶縁性基板の他方の面の一部が露出する第２開口を形成すると共に、前記第２開口の周辺に第２開口側に向かって厚さが薄くなる第２テーパ領域を形成する第５工程と、この第５工程の後、前記マスク層上に残った前記レジスト層を除去する第６工程と、この第６工程の後、前記第２開口を利用して前記半絶縁性基板をエッチングし、前記半絶縁性基板の他方の面側に位置する部分の内径がこれよりも一方の面側に位置する部分の内径よりも大きい第３テーパ領域を有する貫通穴を形成する第７工程と、前記貫通穴の内面に導電層を形成する第８工程とからなる半導体装置の製造方法。
2. マスク層の材料がアルミニウムである請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 半絶縁性基板がＧａＮ基板またはＳｉＣ基板である請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 一方の面に電極が形成され、かつ一方の面から他方の面に貫通する貫通穴が形成されたＧａＮまたはＳｉＣからなる半絶縁性基板と、前記貫通穴の内面に形成され、前記電極と電気的に接続する導電層とを具備した半導体装置において、前記貫通穴が、他方の面側に位置する部分の内径がこれよりも一方の面側に位置する部分の内径よりも大きいテーパ領域を有することを特徴とする半導体装置。

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