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技術 半導体装置の製造方法

出願人 三菱電機株式会社
発明者 三木耕平尾上和之宮國晋一
出願日 2015年12月3日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2015-236851
公開日 2017年6月8日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2017-103395
状態 特許登録済
技術分野 半導体集積回路装置の内部配線 半導体のドライエッチング 半導体の電極
主要キーワード 不揮発性生成物 形状崩れ 脂肪族ポリイミド 加工ガス 難加工性材料 難エッチング材料 メンテナンス頻度 SiC材料
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月8日)のものです。
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図面 (9)

課題

特別な改造などなく従来型の装置を用いて、歩留まりの低下とメンテナンス頻度の増大を防ぎ、生産性を向上させることができる半導体装置の製造方法を得る。

解決手段

SiC基板1の第1の主面にレジスト剥離層4を形成する。レジスト剥離層4上に200℃以上で形状が崩れないレジスト5を塗布する。フォトリソグラフィによりレジスト剥離層4及びレジスト5をパターニングする。SiC基板1を載せたステージ7を温調機能によって200℃以上に加熱し、パターニングしたレジスト5をマスクとして用いてSiC基板1をドライエッチングしてバイアホール8を形成する。バイアホール8を形成した後に、レジスト剥離層4を除去してSiC基板1からレジスト5を剥離する。

概要

背景

化合物半導体デバイス高周波特性確保のため、基板裏面から表面のソース電極導通を取る所謂バイアホール構造ドライエッチングにより形成する。このバイアホール形成は一般的に支持基板上に薬液に容易に溶解し、150℃程度の温度で貼り付けと剥がしが可能な接着材加工基板を貼り付けて行われる。GaNonSiCの場合には、SiC基板の難エッチング性から、レジストマスクではなく、SiCよりもさらに難エッチング性のメタルマスクを用いるのが一般的である(例えば、非特許文献1参照)。

GaNonSiCのような難加工性材料であるSiCを基板に用いた化合物半導体デバイスにバイアホールを形成する場合、GaAsと同等の加工性を確保しようとすると、反応性を向上させるためにウエハを加工する際に載せるウエハステージ温調機能により200℃以上とした高温プロセスが要求される。しかし、200℃以上の高温でも形状が崩れずに剥離又は溶解が容易なレジスト、150℃以上で温度による溶解をしないワックス剤(接着材)など、現状で要求を満たす材料が無い。このため、SiCへのバイアホール形成はGaAsと同等に20℃程度の低温プロセスを使用せざるを得なかった。

支持基板を用いず直接搬送を行えば一見ワックス接着材の問題は解消するように思える。しかし、表面保護剤を塗布して表面を保護する必要がある。後で除去を考えると耐熱性が最大で150℃程度の表面保護剤を使うため、低温プロセスの問題は避けて通ることができない。このことは低レートによる加工の長時間化をもたらし、最終的にレジストでは長時間加工に耐えられないため、メタルマスクを使用することになる。

このメタルマスクはコンタミを大量に生成し、ウエハ上、チャンバー上に天板からのゴミ振りを引き起こし、生産性の低下、歩留まりの低下、メンテナンス頻度の増大を引き起こしていた。この問題に対して、特殊な電極又は構造を設けることで天板やチャンバーへのゴミ付着を抑える方法(例えば、特許文献1,2参照)、プラズマモード切り替えることで付着を抑える方法(例えば、特許文献3参照)などが開示されている。

概要

特別な改造などなく従来型の装置を用いて、歩留まりの低下とメンテナンス頻度の増大を防ぎ、生産性を向上させることができる半導体装置の製造方法を得る。SiC基板1の第1の主面にレジスト剥離層4を形成する。レジスト剥離層4上に200℃以上で形状が崩れないレジスト5を塗布する。フォトリソグラフィによりレジスト剥離層4及びレジスト5をパターニングする。SiC基板1を載せたステージ7を温調機能によって200℃以上に加熱し、パターニングしたレジスト5をマスクとして用いてSiC基板1をドライエッチングしてバイアホール8を形成する。バイアホール8を形成した後に、レジスト剥離層4を除去してSiC基板1からレジスト5を剥離する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

SiC基板の第1の主面にレジスト剥離層を形成する工程と、前記レジスト剥離層上に、200℃以上で形状が崩れないレジストを塗布する工程と、フォトリソグラフィにより前記レジストをパターニングする工程と、前記SiC基板を載せたステージ温調機能によって200℃以上に加熱し、パターニングした前記レジストをマスクとして用いて前記SiC基板をドライエッチングしてバイアホールを形成する工程と、前記バイアホールを形成した後に、前記レジスト剥離層を除去して前記SiC基板から前記レジストを剥離する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

請求項2

前記SiC基板の前記第1の主面に対向する第2の主面に基板剥離層を形成する工程と、前記基板剥離層上に接着材を塗布する工程と、200℃以上で前記接着材を硬化させて前記SiC基板を支持基板接着させる工程と、前記SiC基板が前記支持基板に接着された状態で前記バイアホールを形成する工程と、前記バイアホールを形成した後に、前記基板剥離層を除去して前記支持基板から前記SiC基板を剥離する工程とを更に備え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。

請求項3

SiC基板に基板剥離層を形成する工程と、前記基板剥離層上に接着材を塗布する工程と、200℃以上で前記接着材により前記SiC基板を支持基板に接着させる工程と、前記支持基板に接着された前記SiC基板を載せたステージを温調機能によって200℃以上に加熱して前記SiC基板をドライエッチングしてバイアホールを形成する工程と、前記バイアホールを形成した後に、前記基板剥離層を除去して前記支持基板から前記SiC基板を剥離する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

請求項4

前記レジスト剥離層は酸に可溶な材料からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。

請求項5

前記基板剥離層は酸に可溶な材料からなることを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置の製造方法。

請求項6

前記レジスト剥離層はポリシリコンであり、ドライエッチングで除去されることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。

請求項7

前記基板剥離層はポリシリコンであり、ドライエッチングで除去されることを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置の製造方法。

請求項8

前記レジスト剥離層は200℃以上に昇温してもN−メチルピロリドンを含む溶剤で溶解できる脂肪族ポリイミド系レジストであることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。

請求項9

前記基板剥離層は200℃以上に昇温してもN−メチルピロリドンを含む溶剤で溶解できる脂肪族ポリイミド系レジストであることを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置の製造方法。

請求項10

前記レジストは200℃以上で形状崩れが発生しないエポキシ永久レジストであることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。

請求項11

前記接着材は200℃以上で接着力を持つエポキシ型永久レジストであることを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

背景技術

0002

化合物半導体デバイス高周波特性確保のため、基板裏面から表面のソース電極導通を取る所謂バイアホール構造ドライエッチングにより形成する。このバイアホール形成は一般的に支持基板上に薬液に容易に溶解し、150℃程度の温度で貼り付けと剥がしが可能な接着材加工基板を貼り付けて行われる。GaNonSiCの場合には、SiC基板の難エッチング性から、レジストマスクではなく、SiCよりもさらに難エッチング性のメタルマスクを用いるのが一般的である(例えば、非特許文献1参照)。

0003

GaNonSiCのような難加工性材料であるSiCを基板に用いた化合物半導体デバイスにバイアホールを形成する場合、GaAsと同等の加工性を確保しようとすると、反応性を向上させるためにウエハを加工する際に載せるウエハステージ温調機能により200℃以上とした高温プロセスが要求される。しかし、200℃以上の高温でも形状が崩れずに剥離又は溶解が容易なレジスト、150℃以上で温度による溶解をしないワックス剤(接着材)など、現状で要求を満たす材料が無い。このため、SiCへのバイアホール形成はGaAsと同等に20℃程度の低温プロセスを使用せざるを得なかった。

0004

支持基板を用いず直接搬送を行えば一見ワックス接着材の問題は解消するように思える。しかし、表面保護剤を塗布して表面を保護する必要がある。後で除去を考えると耐熱性が最大で150℃程度の表面保護剤を使うため、低温プロセスの問題は避けて通ることができない。このことは低レートによる加工の長時間化をもたらし、最終的にレジストでは長時間加工に耐えられないため、メタルマスクを使用することになる。

0005

このメタルマスクはコンタミを大量に生成し、ウエハ上、チャンバー上に天板からのゴミ振りを引き起こし、生産性の低下、歩留まりの低下、メンテナンス頻度の増大を引き起こしていた。この問題に対して、特殊な電極又は構造を設けることで天板やチャンバーへのゴミ付着を抑える方法(例えば、特許文献1,2参照)、プラズマモード切り替えることで付着を抑える方法(例えば、特許文献3参照)などが開示されている。

0006

特開2005−535117号公報
特開平8−316210号公報
特開2009−76786号公報

先行技術

0007

IEEE TRANSACTIONS ONPLASMA SCIENCE, VOL. 32, No3,JUNE 2004

発明が解決しようとする課題

0008

しかし、上述の方法は従来型の装置に改良などで手を加える必要があり、またゴミ振りの原因となる不揮発性生成物の発生を根本的に抑えることはできない。

0009

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は特別な改造などなく従来型の装置を用いて、歩留まりの低下とメンテナンス頻度の増大を防ぎ、生産性を向上させることができる半導体装置の製造方法を得るものである。

課題を解決するための手段

0010

本発明に係る半導体装置の製造方法は、SiC基板の第1の主面にレジスト剥離層を形成する工程と、前記レジスト剥離層上に200℃以上で形状が崩れないレジストを塗布する工程と、フォトリソグラフィにより前記レジストをパターニングする工程と、前記SiC基板を載せたステージを温調機能によって200℃以上に加熱し、パターニングした前記レジストをマスクとして用いて前記SiC基板をドライエッチングしてバイアホールを形成する工程と、前記バイアホールを形成した後に、前記レジスト剥離層を除去して前記SiC基板から前記レジストを剥離する工程とを備えることを特徴とする。

発明の効果

0011

本発明では、エッチング時に揮発せずに天板に付着することでゴミ振りの原因となるメタルマスクを用いずに、レジストをマスクとして用いて難エッチング材料であるSiC基板をドライエッチングする。これにより、ゴミ振りで引き起こされる歩留まりの低下とメンテナンス頻度の増大を防ぐことができる。また、レジスト剥離層上にレジストを塗布するため、レジスト剥離層を除去することで、通常では剥離及び溶解が困難なレジストでもSiC基板から剥離することができる。従って、200℃以上で形状が崩れないレジストをマスクとして用いてSiC基板を200℃以上に加熱してドライエッチングすることができる。これにより、加工レートが向上するため、生産性を向上させることができる。また、特別な改造などなく従来型の装置を用いることができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。

実施例

0013

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

0014

実施の形態1.
図1から図5は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。まず、図1に示すように、SiC基板1の表面にGaNエピ層2をエピタキシャル成長させてGaNonSiC基板を形成する。GaNエピ層2上にソース電極3を形成する。

0015

次に、図2に示すように、SiC基板1の裏面に、400℃の高温でも硬化せずに薬液への溶解性担保するレジスト剥離層4を塗布する。レジスト剥離層4は、永久レジスト用の犠牲層の材料として開発された例えば脂肪族ポリイミド系レジストであるOmnicoatなどである。

0016

次に、レジスト剥離層4上に、ドライレジスト耐性が高く、200℃以上400℃程度まで形状が崩れないレジスト5をSiC基板1の加工基板厚と同等以上(通常100um〜200um)塗布する。レジスト5は、高温にも耐えられるという条件を満たす必要があるため、200℃以上で形状崩れが発生しないエポキシ型永久レジスト、例えばSU−8、Su8_3000、KI−1000、TMMR−S2000などのエポキシ型のネガレジストである。なお、これらの層の塗布方法として一般的にスピンコートが用いられるが、スプレー塗布又はドライフィルム貼り付けなど方式は限定されない。

0017

次に、フォトリソグラフィによりレジスト剥離層4及びレジスト5をパターニングして開口6を形成する。さらに、レジスト形状パターン崩れを防ぐためのハードベークを実施する。このハードベークの温度は材料によって違うが、一般的には200〜400℃であり、例に挙げるSU−8では270℃以上のため300℃以上で形状固定処理を行う。

0018

次に、図3に示すように、ウエハ状態のSiC基板1をステージ7に載せる。そして、SiC基板1を載せたステージ7を温調機能によって200℃以上に加熱し、図4に示すように、パターニングしたレジスト5をマスクとして用いてSiC基板1及びGaNエピ層2をドライエッチングしてバイアホール8を形成する。ステージ7を200℃以上にすることで、ドライエッチングに用いるF系の加工ガスSiC材料との反応性が良くなり加工のレートが上昇する。なお、ここでは200℃以上としたが、加工レートを稼ぐ意図がない場合は常温である20℃付近まで温度を下げた状態で加工してもよい。

0019

レジスト5は硬化しており通常の薬液では溶解できない。そこで、図5に示すように、レジスト剥離層4を薬液により除去してSiC基板1からレジスト5を剥離する。ここで、レジスト剥離層4がOmnicoatの場合には、RemoverPGのような専用の薬液を用い、50〜80℃に温度を上げた状態で30〜90min程度浸漬する。レジスト剥離層4が脂肪族ポリイミド系を材料の場合には、例えば東京応化工業株式会社製1165などのNMPベースの薬液を用いる。また、他の手段としてO2(酸素)でプラズマアッシングを実施することでレジスト5とレジスト剥離層4の両方を除去することができる。

0020

以上説明したように、本実施の形態では、エッチング時に揮発せずに天板に付着することでゴミ振りの原因となるメタルマスクを用いずに、レジスト5をマスクとして用いて難エッチング材料であるSiC基板1をドライエッチングする。これにより、ゴミ振りで引き起こされる歩留まりの低下とメンテナンス頻度の増大を防ぐことができる。

0021

また、レジスト剥離層4上にレジスト5を塗布するため、レジスト剥離層4を除去することで、通常では剥離及び溶解が困難なレジスト5でもSiC基板1から剥離することができる。従って、200℃以上で形状が崩れないレジスト5をマスクとして用いて200℃以上の高温でドライエッチングを行うことができる。これにより、加工レートが向上するため、生産性を向上させることができる。また、特別な改造などなく従来型の装置を用いることができる。

0022

実施の形態2.
図6から図8は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。本実施の形態は実施の形態1に支持基板を用いたより現実のGaNonSiCのバイアホール加工形態に沿ったものである。

0023

図6に示すように、GaNエピ層2及びソース電極3が形成されたSiC基板1の表面側に基板剥離層9を形成する。表面側のGaNエピ層2及びソース電極3を保護するため、基板剥離層9として脂肪族ポリイミド系レジストであるomnicoatを用いることが望ましい。

0024

次に、基板剥離層9上に接着材10を塗布する。そして、200℃以上、例えば300℃程度のハードベークで接着材10を硬化させてSiC基板1を支持基板11に接着させる。接着材10は、貼り付け装置脱泡装置)の処理温度150〜200℃程度では流動性があるが、200〜400℃で硬化して流動性が無くなる液体材料である。接着材10の材料として、200℃以上で接着力を持つエポキシ型永久レジスト、例えばSU−8、Su8_3000、KI−1000、TMMR−S2000などエポキシ型の永久ネガレジストを用いる。なお、支持基板11はガラスサファイア、Siなどであるが、接着するSiC基板1より系が大きなものであればその材料は限定されない。

0025

次に、実施の形態1と同様にレジスト剥離層4及びレジスト5を形成する。次に、SiC基板1が支持基板11に接着された状態で、ウエハ状態のSiC基板1をステージ7に載せる。そして、実施の形態1と同様に、SiC基板1を載せたステージ7を温調機能によって200℃以上に加熱し、パターニングしたレジスト5をマスクとして用いてSiC基板1及びGaNエピ層2をドライエッチングしてバイアホール8を形成する。その後、実施の形態1と同様に、SiC基板1からレジスト5を剥離する。この際にレジスト剥離層4を除去しつつ基板剥離層9は除去しないように薬液等の除去方法を選択する。これにより、SiC基板1が支持基板11に接着されたままでレジスト5を剥離することができる。

0026

次に、図7に示すように、SiC基板1の裏面とバイアホール8内に裏面電極12を形成してソース電極3の裏面に接続させる。なお、ここでは裏面電極12を形成したが、裏面電極12は無くてもよい。

0027

次に、図8に示すように、基板剥離層9をN−メチルプロピレンを含む薬液で除去して支持基板11からSiC基板1を剥離する。N−メチルプロピレンを含む薬液として、例えばRemoverPGや1165などが挙げられる。

0028

本実施の形態では接着材10を硬化させてSiC基板1を支持基板11に接着させるため、SiC基板1が支持基板11に貼り付けられた状態で200℃以上の高温でドライエッチングを行うことができる。これにより、加工レートが向上するため、生産性を向上させることができる。

0029

また、接着材10は硬化されているが、基板剥離層9は200℃以上に加熱されても除去可能であるため、基板剥離層9を除去することで支持基板11からSiC基板1を剥離することができる。

0030

なお、本実施の形態の基板剥離層9を用いてSiC基板1を支持基板11に接着させる方法はメタルマスクを使用した場合にも適用できる。ただし、実施の形態1と組み合わせることで実施の形態1の効果も得ることができる。

0031

また、実施の形態1,2ではレジスト剥離層4及び基板剥離層9は200℃以上に昇温してもN−メチルピロリドンを含む溶剤で溶解できる脂肪族ポリイミド系レジストである。特に、レジスト剥離層4としてOmnicoatを用い、フォトリソグラフィでレジスト5と同時にパターニングすることで、工程が簡便となる。これに限らず、レジスト剥離層4及び基板剥離層9として、例えばSiO,SiN,TiのようにBHFなどの酸に可溶な材料、又は、XeF又はFの化活性ガスを用いたドライエッチングで容易に除去可能なポリシリコンなどを用いることができる。

0032

1SiC基板、4レジスト剥離層、5レジスト、7ステージ、8バイアホール、9基板剥離層、10接着材、11 支持基板

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