(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔が形成された基板を有する半導体装置において、全ての孔の両側で、基板上に孔の長手方向に沿って形成され、前記孔の長手方向寸法より長いメサ状の構造体である段差を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記メサ状の構造体である段差と前記孔との距離は、３μｍ〜８μｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記メサ状の構造体である段差は、０．５μｍ以上の厚みを有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
段差を有する能動素子が並んで形成され、複数の孔が各能動素子の間および能動素子の並びの端に形成された基板を有する半導体装置において、前記段差は、前記孔の長手方向寸法より長いメサ状の構造体であって、基板上に全ての孔の両側に、孔の長手方向に沿って形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記メサ状の構造体である段差は、前記能動素子を構成する半導体層の一部を用いて形成されていることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記メサ状の構造体である段差は、配線に用いられる電極の一部を用いて形成されることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項７】
前記メサ状の構造体である段差と前記孔との距離は、３μｍ〜８μｍであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記メサ状の構造体である段差は、０．５μｍ以上の厚みであることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項９】
基板上に段差を有する能動素子を並べて形成し、複数の孔を各能動素子の間および能動素子の並びの端に形成する半導体装置の製造方法において、前記能動素子の並びの端の孔を形成する領域の外側にメサ状の構造体である段差を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
塩素および四塩化シリコンの混合ガスを使用し、ガリウム砒素基板をエッチングして前記孔を形成することを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細なバイアホール（孔）が形成された基板を有する半導体装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板の異方性エッチングには、レジストをマスクにしたドライエッチングが用いられる。この手法は、エッチングによる加工寸法精度が高く、開口に対するエッチング深さの比が大きな形状が実現できるため有効である。
【０００３】
基板エッチングを素子の特性向上に利用する例として、特開平８−２７９５６２号公報記載の半導体装置およびその製造方法に示されているように、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の両側に、３０μｍ深さのバイアホールを形成してＨＢＴで発生した熱を効率よく排熱することを可能にしている。また、バイアホールによってインダクタンスの低下など電気特性の向上も可能である。このとき、バイアホールである孔の基板表面に現れる大きさ（開口寸法）は、ＨＢＴのエミッタ、ベース、コレクタ領域から形成されるメサの大きさより、長手方向に大きく仕上げられている。また、バイアホールは、複数個のＨＢＴの間およびＨＢＴの並びの両端に設けられている。
【０００４】
図１２は、従来の半導体装置であるＨＢＴ素子基板を示す図である。図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）中のＡ−Ａにおける断面図を示している。ＨＢＴ素子基板は、コレクタ電極１２０２、ベース電極１２０３、エミッタ部１２０４から構成されている。ここで、バイアホール１２０１は、コレクタ電極１２０２の脇に設けられている。上記の従来例において、基板の厚みｔは３０μｍとされ、また、特徴的なことは、バイアホール１２０１の長手方向の長さと、コレクタ電極の長さとを比べると、バイアホール１２０１の方が長く形成されており、バイアホール１２０１の長手方向の長さとコレクタ電極の長さとの差Δｌは、従来例では、具体的な数字をもって指定されていないが、明らかに、コレクタ電極１２０２の方が短く形成されている。
【０００５】
通常、エッチングによって形成されたバイアホールの端面は滑らかな表面形状を有しているが、この滑らかな形状は、レジストマスクの断面形状に依存していることが詳細な検討から明らかになっている。図１３は、レジストマスクの断面形状とバイアホールの端面の状態とを示す断面図である。図１３（ａ）において、レジスト１３０１の開口端面１３０２が、基板１３００の表面に対して９０度に満たない角度αを示す場合、図１３（ｂ）に示すように、基板エッチング後の断面形状では、エッチング後のレジスト１３０３の開口はさらに広がり、基板１３０４に形成された窪みの端面１３０５は凹凸が激しくなる。この現象は、エッチング前のレジストの開口端面１３０２と基板１３００の表面とがなす角度αが、８０度に満たない場合はさらに顕著に表れる。角度αは、レジストにパターンを形成する際の、露光条件や、現像条件、ベーク条件によって制御できる。この従来例のレジスト１３０１の厚みは２０μｍで、基板１３００にガリウム砒素基板を用いている。角度αが、９０度から大きくなって、たとえば１００度以上の角度を示す場合も窪みの端面１３０５が滑らかでなく、エッチング形状が同様に荒れてしまう。基板のエッチングにおいて、レジストの開口端面と基板表面との成す角度を８０度〜１００度に保つことが非常に重要であることがわかる。
【０００６】
ところが、レジストの形状を制御しても、エッチングされた基板の端面が、所望の滑らかな形状が得られず、荒れてしまう場合があった。図１４は、エッチング端面の形状に対するパターン位置の影響を示す断面図である。端面形状の違いは、パターンの位置によって顕著に表れる。すなわち図１４（ａ）において、ＧａＡｓ基板１４００に、２０μｍ厚みのノボラック系レジスト１４０１を塗布し、開口幅ｗ１が１３μｍのパターンを複数形成し、塩素とＳｉＣｌ４の混合ガス中において、プラズマエッチングを施すと、ＧａＡｓ基板１４００のレジスト開口部分がエッチングを受ける。エッチングの条件は、ガス圧力を２０ｍＴｏｒｒ未満とし、ガス流量比（塩素ガス／（塩素ガス＋ＳｉＣｌ４））が、２０〜４０％の範囲で、マイクロ波パワー６００〜８００Ｗ、かつ、ＲＦパワー密度を０．１〜０．１５Ｗ／ｃｍ2とする。エッチング後、図１４（ｂ）に示すように、複数個ある窪みのうち、両端の窪みのエッチング形状に異常が見られる。図１４（ｂ）において、ＧａＡｓ基板１４０２のエッチングされた部分の端面の形状１４０３は荒れている。また、両端の窪みの開口寸法ｗ２とエッチング前の開口寸法ｗ１とのずれは、中央のパターンの開口寸法ｗ３とｗ１とのずれに比べて５μｍ以上大きくなっている。この場合、エッチング前のレジスト形状は、レジスト端面と基板表面との成す角度が８０度〜１００度の範囲に入っているため、図１３に示したエッチング形状の異常とは状況が異なる。さらに、中央部パターンのエッチング形状に異常は見られていない。
【０００７】
図１５は、能動素子が形成された基板において、エッチング端面の形状に対するパターン位置の影響を示す断面図である。図１５（ａ）に示すように、ガリウム砒素基板１５００上に、エミッタ１５０２、ベース１５０３、コレクタ１５０４から成る能動素子であるＨＢＴ１５０５が並んで形成され、ＨＢＴの間およびＨＢＴの並びの両端には、レジスト１５０１を用いて開口部分の幅が１５μｍの開口パターンを設ける。ドライエッチングによって、基板１５００を深さが１００μｍまでエッチングすると、図５（ｂ）に示すような断面の基板１５０６が得られる。すなわち、図５（ｂ）において、基板１５０６は、レジスト１５０７の開口パターンをマスクとしてエッチングされるが、両端に設けられた孔のエッチング端面１５０８は滑らかな形状を達成できずに荒れた状態になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例のように、３０μｍ程度の深さのエッチングであれば、マスクとなるレジスト厚みは、数μｍで役割を果しエッチング後の端面形状にさほど大きな問題は生じない。しかし、基板表面から設けられたバイアホールの深さが３０μｍ程度では、裏面を削って基板を薄くしないと、バイアホールに設けられた電極に達しない。すなわち、基板を３０μｍ以下の厚みにすることが必要になる。このような基板の薄層化は衝撃に弱く、後半工程の歩留まりに大きな影響を与えるので望ましくない。
【０００９】
発明者らは、さらに深いバイアホールが形成可能なドライエッチング技術の開発を行い、開口寸法１０μｍ×８０μｍに対して、深さが１００μｍという、非常に開口寸法と深さの比（アスペクト比）が高いバイアホールのエッチングを可能としている。しかし、図１４，１５に示すように、複数並んだアスペクト比が高いバイアホールをエッチングする際、両端のバイアホールのエッチング端面が荒れてしまい、正常なバイアホールを加工できないという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、アスペクト比が高い孔を有し、特性が向上した半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、孔が形成された基板を有する半導体装置において、全ての孔の両側で、基板上に孔の長手方向に沿って形成され、前記孔の長手方向寸法より長いメサ状の構造体である段差を有することを特徴とする半導体装置である。
【００１２】
本発明に従えば、全ての孔の両側に孔の長手方向寸法より長いメサ状の構造体である段差を有するので、アスペクト比が高い孔を高精度で形成することが可能で、基板の取り扱い易さが向上するとともに、熱および電気的な特性も向上させる。
【００１３】
また本発明は、メサ状の構造体である段差と孔との距離が３μｍ〜８μｍであることを特徴とする。
本発明に従えば、メサ状の構造体である段差と孔との距離を３μｍ〜８μｍとするので、さらに加工精度を高めることができる。
【００１４】
また本発明は、メサ状の構造体である段差が０．５μｍ以上の厚みを有することを特徴とする。
本発明に従えば、メサ状の構造体である段差の厚みが０．５μｍ以上であるので、さらに加工精度を高めることができる。
【００１５】
また本発明は、段差を有する能動素子が並んで形成され、複数の孔が各能動素子の間および能動素子の並びの端に形成された基板を有する半導体装置において、前記段差は、前記孔の長手方向寸法より長いメサ状の構造体であって、基板上に全ての孔の両側に、孔の長手方向に沿って形成されることを特徴とする半導体装置である。
【００１６】
本発明に従えば、段差を有する能動素子が並んで形成され、複数の孔が各能動素子の間および能動素子の並びの端に形成された基板の全ての孔の両側に、孔の長手方向寸法より長いメサ状の構造体である段差が、孔の長手方向に沿って形成される形成されるので、能動素子を形成する半導体装置の基板にアスペクト比が高い孔を高精度で形成することが可能で、基板の取り扱い易さが向上するとともに、熱および電気的な特性も向上させる。
【００１７】
また本発明は、メサ状の構造体である段差が前記能動素子を構成する半導体層の一部を用いて形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、メサ状の構造体である段差が能動素子を構成する半導体層の一部を用いて形成されるので、工程数を増加させずにアスペクト比が高い孔を高精度で形成することができる。
【００１９】
また本発明は、メサ状の構造体である段差が配線に用いられる電極の一部を用いて形成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、メサ状の構造体である段差が配線に用いられる電極の一部を用いて形成されるので、電気的な特性を向上させることができる。
【００２１】
また本発明は、メサ状の構造体である段差と孔との距離が３μｍ〜８μｍであることを特徴とする。
本発明に従えば、メサ状の構造体である段差と孔との距離を３μｍ〜８μｍとするので、さらに加工精度を高めることができる。
【００２２】
また本発明は、メサ状の構造体である段差が０．５μｍ以上の厚みであることを特徴とする。
本発明に従えば、メサ状の構造体である段差の厚みが０．５μｍ以上であるので、さらに加工精度を高めることができる。
【００２３】
また本発明は、基板上に段差を有する能動素子を並べて形成し、複数の孔を各能動素子の間および能動素子の並びの端に形成する半導体装置の製造方法において、前記能動素子の並びの端の孔を形成する領域の外側にメサ状の構造体である段差を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００２４】
本発明に従えば、能動素子の並びの端の孔を形成する領域の外側にメサ状の構造体である段差を形成するので、アスペクト比が高い孔を高精度で形成することができる。
【００２５】
また本発明は、塩素および四塩化シリコンの混合ガスを使用し、ガリウム砒素基板をエッチングして前記孔を形成することを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、塩素および四塩化シリコンの混合ガスを使用し、ガリウム砒素基板をエッチングして孔を形成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１，２は、本発明の実施の一形態である半導体装置１０の製造方法を示す図である。図１（ｂ）は、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板１００にエッチングマスク用のレジスト１０２を形成した状態の平面図、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂの断面図を示している。
【００２８】
予めＧａＡｓ基板１００をエッチングして段差であるメサ１０１を形成し、その上にレジスト１０２を塗布した後、所望のパターンを露光、現像して段差１０１の間に開口部分１０３を設けている。このとき、開口部分１０３の寸法ｗは１０μｍで、レジスト１０２の厚みｔは２０μｍである。メサ段差１０１の厚みｈは５μｍで、メサ１０１と開口部分１０３との距離ｄは５μｍである。
【００２９】
また、メサ段差１０１は、開口部分１０３の長手方向寸法よりも長く、差Δｌは、開口部分端の両側に５μｍずつである。
【００３０】
基板１００上にメサ段差１０１が形成された状態で、このレジストマスクを用いて、塩素とＳｉＣｌ４（四塩化シリコン）の混合ガス中において、プラズマエッチングを施すと、ＧａＡｓ基板１００の開口部分がエッチングを受ける。図２はエッチング後の断面図で、エッチングによって、基板２００およびマスクであるレジスト２０２もエッチングを受け、当初の２０μｍ厚みから、１０μｍ厚みに薄くなった。孔の深さＤは、１００μｍに達し、開口寸法ｗは、当初の１０μｍから２μｍシフトして１２μｍとなる。孔の端面２０３は滑らかな形状が得られた。
【００３１】
適当なレジスト剥離液を用いてエッチング後の基板２００からレジスト２０２を剥離することで孔２０４の両側に、孔の長手方向に沿って形成され、その長さが孔の長手方向寸法よりも長いメサ段差２０１を有する半導体装置が得られる。
【００３２】
形成された孔２０４は、開口寸法ｗと深さＤとの比であるアスペクト比が高く、バイアホールとして用いることができる。開口寸法が小さくて済むので、半導体装置の小型化が可能である。また厚い基板を用いてもバイアホールが十分に深いため、たとえば裏面に形成されたバックメタルと導通させるために基板を非常に薄く加工する必要がなく、製造工程における取り扱いが容易になる。さらに、バイアホールによって排熱したり、接地することで半導体素子の安定化、低インダクタンス化が可能となる。
【００３３】
図３は、本発明の他の実施形態である半導体装置３０の製造方法を示す図である。図３（ａ）は、エッチングマスク用レジスト３０１が基板３００上に形成された状態の断面図で、図３（ｂ）は、基板３００をエッチングした後の状態の断面図である。ＧａＡｓ基板３００上に、段差を有する能動素子であるＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）３０５と段差であるコレクタのメサ３０６とが並んで形成され、その上にレジスト３０１を塗布した後、所望のパターンを露光、現像してＨＢＴ３０５間と、ＨＢＴ３０５の並びの端とに開口部分を設けている。ＨＢＴ３０５は、エミッタ部３０２、ベース部３０３、コレクタ部３０４から構成される。この基板６００上には、ＨＢＴ３０５の並びの両端で孔を形成するための領域（基板上でレジストパターンの開口部に相当する領域）の外側にコレクタのメサ６０６を形成している。具体的には、エミッタ部３０２の段差は１μｍであり、ベース部３０３の段差は０．１μｍであり、コレクタ部の段差および、ＨＢＴの両端の段差は３μｍである。レジスト３０１の厚みは２０μｍであり、断面方向の開口寸法は１５μｍである。レジストの開口端と、コレクタのメサ段差３０６との距離ｄは５μｍに設定する。
【００３４】
この基板３００に、塩素とＳｉＣｌ４の混合ガスによるドライエッチングを４５分間施す。ドライエッチング後の基板形状は、図３（ｂ）に示すごとく、形成された全ての孔３０７のエッチング端面は、滑らかで、従来の方法で見られた荒れや、両端部分の異常エッチングが見られない。また孔３０７のエッチング深さは１００μｍに達する。
【００３５】
これらの孔３０７は、基板表面から形成されたバイアホールとして利用できる。たとえば、孔３０７の内部にメタルを充填あるいは、孔の側壁にそって、メタルを形成し、裏面から基板を研磨することによって、孔の内側にあるメタルを露出させ、裏面にメタルを形成すると、基板の表面と裏面の電気的なコンタクトが形成できる。このようなコンタクトは、たとえば、ＨＢＴ３０５のエミッタ電極と、配線とによって接続することで、エミッタ接地のＨＢＴを形成することが可能である。本発明の半導体装置は、開口寸法に比べて、エッチング深さの深い孔を形成することができるので、基板の裏面から孔に設けた電極を露出させる際、基板の厚みをエッチング深さ程度にすれば良く、従来技術に見られるような３０μｍ程度まで薄くする必要がなくなり、１００μｍ程度まで薄くするだけでよい。面内のエッチング深さの分布を考慮しても、７０μｍ程度の基板厚みにして、孔を露出させることが可能になる。このように、基板を非常に薄くする必要がないため、半導体製造工程における基板の破損を防ぐことが可能になり、工程歩留まりの向上効果が生じる。
【００３６】
また、本実施形態では、ＨＢＴ３０５を構成する半導体層の一部であるコレクタメサ３０６を段差に用いているが、同様の厚みを示す金属や、窒化シリコンや酸化シリコンといった絶縁膜、レジストなどを用いて段差を形成してもよい。
【００３７】
（実施例１）
図４，５，６は、本発明の実施例である半導体装置の製造方法を示す図である。図４（ａ）にレジストをパターニングした状態の平面図を、図４（ｂ）に断面図を示す。図４（ａ）において、レジスト４００は、開口部４０４を有し、ＧａＡＳ基板上に、エミッタメサ部４０１、ベースメサ部４０２、コレクタメサ部４０３から構成される複数のＨＢＴを形成した。コレクタメサ部４０３は、ＨＢＴの並びの端に設けられた開口部４０４の外側に形成した。ＨＢＴのコレクタメサ部４０３は、レジストの開口部４０４の長手方向の寸法より長く形成してある。本実施例においては、開口部４０４の幅は１５μｍで、長さは８０μｍであった。コレクタメサ部４０３の長さは９０μｍになっていて、長手方向で５μｍずつ開口部４０４より長く形成した。
【００３８】
図５（ａ）にエッチングおよびレジスト除去後の平面図、図５（ｂ）に断面図を示す。ＧａＡＳ基板５００上には、エミッタメサ部５０１、ベースメサ部５０２、コレクタメサ部５０３から成るＨＢＴが複数形成され、ＨＢＴの並びの両端に設けられている孔５０４の外側にコレクタメサ部５０３のみから成る段差を形成した。エッチングにおいて、孔５０４はＨＢＴの間およびＨＢＴの並びの端といった位置に関係なく端面が滑らかに形成された。エッチングとしては、塩素とＳｉＣｌ４の混合ガス中において、プラズマエッチングを施した。エッチングの条件は、ガス圧力を２０ｍＴｏｒｒ未満とし、ガス流量比（塩素ガス／（塩素ガス＋ＳｉＣｌ４））が、２０〜４０％の範囲で、マイクロ波パワー６００〜８００Ｗ、かつ、ＲＦパワー密度を０．１〜０．１５Ｗ／ｃｍ2とした条件下において、４５分間エッチングを行った。エッチング条件は、一例であり、エッチング条件を変化させても、本発明の効果に差はなかった。孔５０４の深さは、１００μｍに達した。エッチング時間を短くすれば孔５０４の深さは調整可能で、たとえば、３０分のエッチングでは、７０μｍの深さになる。孔５０４の端面が荒れるのは、レジストマスクの形状でだけでなく、深さにも依存する。たとえば、３０μｍ程度の深さでは、ほとんど端面の荒れは観察されないが、５０μｍから７０μｍでレジストマスク形状の影響が顕著に現れる。５０μｍ以上の深さにエッチングする場合、ＨＢＴの並びの端に形成される孔５０４の両側に、ＨＢＴのメサ段差と段差５０３とを設けることにより、孔５０４の端面の荒れを抑えることが効果として明らかになった。
【００３９】
図６（ａ）に孔内部に配線を形成した状態の断面図、図６（ｂ）にバックメタルを形成した状態の断面図を示す。図６（ａ）に示すように、ＨＢＴをポリイミド６０１によって被覆し、エミッタ部６０２を露出させ、孔６０３の内部に形成した配線６０４と電気的に接続する。配線６０４の形成方法は、たとえば電解メッキによって金電極を析出させる方法がある。
【００４０】
図６（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ基板６００をラッピングによって薄く削り、孔６０３の底部に存在する電極６０４を裏面に露出させる。このとき、ＧａＡｓ基板６００の厚みは、孔６０３の深さ程度まで薄くする必要がある。ＧａＡｓ基板６００の裏面に、たとえば、金を用いたバックメタル６０５を形成し、配線６０４を電気的に基板裏面に接続する。
【００４１】
本実施例に示したメサ段差は、ＨＢＴを形成する際、同時に作り込むことができるので、工程を増加させる必要が無い。また、コレクタメサだけでなく、コレクタメサとベースメサを利用したり、さらにエミッタメサを含めたＨＢＴメサ段差として利用してもよい。
【００４２】
さらに、これらのメサ表面に窒化シリコンおよび酸化シリコンなどの絶縁膜を、０．１〜０．２μｍ厚みで形成することによって、メサ部分が導電性の半導体層であっても、その上を通る配線を、自由に形成することができる。自由に配線が形成できれば、集積回路を形成する際、設計の自由度を向上し、結線の距離を短くできるので、高周波性能を向上させたり、素子面積を小さくすることができる。
【００４３】
エッチング形状の異常を防ぐメサ構造を、半絶縁性ＧａＡｓ層や、結晶成長の際に形成される高抵抗バッファ層を用いて形成することにより、絶縁膜を表面に形成せずとも、配線を自由に形成できる効果があり、自由に配線が形成できることは、集積回路を形成する際、設計の自由度を向上し、結線の距離を短くできるので、高周波性能を向上させたり、素子面積を小さくできる効果がある。
【００４４】
（実施例２）
レジストパターンの端とメサ段差の端との距離を変化させたときの、エッチング形状への効果について述べる。図７は、エッチングされた基板の開口寸法のマスク寸法からのずれに対するレジストパターン端とメサ端の距離の影響を示すグラフである。エッチングされた基板の開口寸法のマスク寸法からのずれが小さい場合は、マスク寸法に近い状態でエッチングが行われていることを示し、ずれが大きい場合は、開口寸法が増加していることを示している。本実施例では、マスクとなるレジスト厚みが２０μｍ、レジストの開口寸法が幅１５μｍ×長さ８０μｍの矩形が５本平行に並んでいるレジストパターンを用いて検討した。すなわち、５本のパターンのうち、中央の３本のパターンは両側にレジスト開口部分を有し、両端の２本は片側のみにレジスト開口部分を有する。マスク寸法からのずれを算出するための開口寸法は、５本のパターンの基板開口部分の幅の平均値である。なお、メサ段差は、前記レジストパターンの両端に存在し、ＧａＡｓ基板のエッチングによって形成され、その厚みは３μｍであった。
【００４５】
図７に示すように、レジストパターンの端とメサ端との距離が４μｍより短い場合と８μｍより長い場合とは、寸法変化が大きくなってしまう。メサ段差を形成しない基板上での基板開口寸法の平均を図中に示す。レジストパターン端とメサ段差端との距離が、１μｍ以上、１１μｍ以下であれば、メサ段差を形成しない場合に比べて精度の高いエッチングを示すことが判る。このように、レジストパターンの開口端とメサ端の距離が１μｍ以上、１１μｍ以下である場合に効果が認められ、４μｍ以上、８μｍ以下の場合は、さらに精度の高いエッチングが可能になる。なお、図７においてレジストパターン端とメサ段差端の距離が４μｍ以上、８μｍ以下の場合、エッチング開口寸法のマスク寸法からのずれは、図中のエラーバーによって示すばらつきを含めて０〜２μｍであり、孔の片側が、最小で０μｍ、最大で１μｍマスクサイズより大きくなることになる。この場合、出来上がりの孔とメサ段差端の最端距離は、３μｍ〜８μｍになる。すなわち、出来上がり寸法で、段差と孔との距離が３μｍ〜８μｍの範囲にある場合、精度の高いエッチングが可能となり、精度の高い孔が形成される。
【００４６】
図８は、エッチングされた基板の開口寸法のマスク寸法からのずれに対するメサ段差の厚みの影響を示すグラフである。レジストパターンは、図７の場合と同様のものを用いた。レジストパターン端とメサ段差端の距離が、２μｍ、５μｍ、１０μｍのそれぞれの場合を示している。レジストパターン端とメサ段差端の距離が５μｍの場合、メサの段差との距離は１μｍ以上であれば、エッチング開口寸法とマスク寸法とのずれを最小にすること、すなわち、精度の高いエッチングを実現することが可能である。しかし、レジストパターン端とメサ段差端の距離が２μｍの場合、メサ段差を大きくすることによって、エッチング開口寸法とマスク寸法とのずれを小さくすることは可能であるが、段差が大きすぎると差が広まってしまう。
【００４７】
ここで、レジストパターン端とメサ段差端との距離が５μｍの場合と同様の、メサ段差に対する効果（すなわち、メサ段差を１μｍ以上にするとエッチング精度が向上する効果）は、レジストパターン端とメサ段差端との距離が、４μｍ〜８μｍの場合において見られる。
【００４８】
（実施例３）
図９〜１１は、本発明の他の実施例である半導体装置の製造方法を示す図である。図９（ａ）において、ＧａＡｓ基板９０１上に、厚さ０．７μｍのサブコレクタ層９０２、厚さ０．８μｍのベース／コレクタ層９０３、厚さ０．５μｍのエミッタ層９０４から成るメサ構造と、それぞれの層にオーミック電極として存在するコレクタ電極９０５、ベース電極９０７、エミッタ電極９０８とから構成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）が複数形成されている。このＨＢＴは、エミッタ電極９０８が、ＨＢＴを覆うように広げた構造の第１の配線９０９と結合され、第１の配線９０９の下にはポリイミド９０６が存在する。第１の配線９０９は、片側はエミッタ電極９０８と接続し、他方はＧａＡｓ基板９０１に接触している。ＨＢＴが並んで存在する方向の外側に、少し距離を置いて、ＨＢＴに接続されていない第１の配線９０９が形成されている。
【００４９】
第１の配線９０９の厚みは、０．５μｍから３．０μｍの値をとり、下側がチタンで上側が金である多層構造となっている。配線厚みが、０．５μｍ以上であれば、後述の基板エッチングでエッチング形状に不良は生じないため、配線材料によってエッチング不良を防ぐ効果が変わらず、たとえばチタン、白金、金の多層構造や、金またはタングステンなどの単層金属材料でもよい。第１の配線の形成方法は、たとえば電子線蒸着や、スパッタなどの方法が使われる。給電メタルを形成し、電解メッキで金電極を形成する方法もあるが、電極形状が凹凸状になるため、基板エッチングの不良を防ぐ段差としては、蒸着法またはスパッタ法によって形成される電極の方が効果が高い。具体的には、蒸着法で配線を形成すると、０．５μｍ以上の配線厚みでエッチング形状不良を防ぐ効果が得られるが、メッキで配線を形成した場合、４μｍ以上の配線厚みになるとかえってエッチング形状不良を生じることがある。ここでは、第１の配線９０９は、チタンが０．１μｍで、金が２．０μｍの厚みとした。レジストとして、クラリアントジャパン社製ＡＺ４９０３を用い、４０００ｒｐｍで２分間回転塗布し厚みを１０μｍとした。露光したパターンは、断面部分が１５μｍの厚みで、図では見えていないが、長手方向の長さが５０μｍの矩形をしている。
【００５０】
長手方向の長さは、ＨＢＴの長さより短く形成されている。また開口部９１１の開口端と、フォトレジスト９１０中にある第１の配線９０９の端との距離を４．０〜８．０μｍとすると基板エッチング時にサイドエッチングを抑制でき、精度良くエッチングができる。
【００５１】
図１０（ａ）において、既に形成したフォトレジスト１００１をマスクにして基板をエッチングする。他の実施例と同様に塩素とＳｉＣｌ４の混合ガス中において、プラズマエッチングを施した。エッチングの条件は、ガス圧力を２０ｍＴｏｒｒ未満とし、ガス流量比（塩素ガス／（塩素ガス＋ＳｉＣｌ４））が２０〜４０％の範囲で、マイクロ波パワー６００〜８００Ｗ、かつＲＦパワー密度を０．１〜０．１５Ｗ／ｃｍ2とした条件下において、４５分間エッチングを行った。エッチング条件は一例であり、エッチング条件を変化させても、本発明の効果に差はなく、孔１００２の深さは１００μｍに達した。もちろん、エッチング時間を短くすれば、孔１００２の深さは調整できる。たとえば、３０分のエッチングでは７０μｍの深さになる。
【００５２】
通常、ＨＢＴの並びの端に存在する孔は、エッチング形状に異常を生じ、マスク寸法より大きくなってしまうが、本実施例では、孔１００２の両側に、第１の配線とＨＢＴとが形成されているため、高精度なエッチング形状が達成できる。
【００５３】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）において基板をエッチングし、孔を形成した基板に、第２の配線１００３を形成したＨＢＴ基板の断面を示す。第２の配線１００３は、第１の配線１００４と電気的に接触し、孔１００５の中に達している。孔１００５は電極１００６によって塞がった状態になっている。この部分を塞ぐことにより、基板を裏面から薄くし、孔１００５の中の電極部分を裏面に露出させる際、研磨剤や研磨時のオイル、水などの薬剤が、基板の表面に回り込むのを防ぐ効果がある。
【００５４】
図１１において、基板１１０１は、裏面から薄く研磨され、孔の中の電極１１０２を、裏面に露出させて基板１１０１の裏面にバックメタル１１０３を形成する。本実施例では、メサ段差を形成せずとも、配線に用いられる電極を利用することにより、エッチング形状に異常が出ることを防ぐ効果がある。
【００５５】
図９〜図１１において示した断面には、窒化シリコンや、酸化シリコンといった絶縁膜を図示していないが、たとえば図９（ａ）において、ＧａＡｓ基板９０１と、第１配線９０９の間に絶縁膜を存在させても、基板のエッチング形状に異常を生じないという本発明の効果は見られる。
【００５６】
本発明の適用によって、基板のエッチングにおいて、安定なエッチングマスクを形成することが可能になり、精度の高いエッチングを実現できる。また、開口寸法に比べて、エッチングの深い形状を実現できるので、たとえば、バイアホールの基板表面からのエッチングに用いると、基板を薄い状態にする必要がなくなり、ハンドリング性を向上させる。具体的には、たとえば、従来３０μｍ程度まで薄くする必要があった基板を、７０〜１００μｍ程度の厚みにすることで、基板の表面からエッチングした孔を、基板の裏面に貫通することが可能になり、ハンドリング性の高いバイアホール形成工程が実現できるので、工程歩留まりの向上効果がある。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、アスペクト比が高い孔を高精度で形成することが可能で、基板の取り扱い易さが向上するとともに、熱および電気的な特性も向上させる。
【００５８】
また本発明によれば、能動素子を形成する半導体装置の基板にアスペクト比が高い孔を高精度で形成することが可能で、基板の取り扱い易さが向上するとともに、熱および電気的な特性も向上させる。
【００５９】
また本発明によれば、工程数を増加させずにアスペクト比が高い孔を高精度で形成することができる。
【００６０】
また本発明によれば、塩素および四塩化シリコンの混合ガスを使用し、ガリウム砒素基板をエッチングして孔を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である半導体装置１０の製造方法を示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態である半導体装置１０の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態である半導体装置３０の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施例である半導体装置の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の実施例である半導体装置の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施例である半導体装置の製造方法を示す図である。
【図７】エッチングされた基板の開口寸法のマスク寸法からのずれに対するレジストパターン端とメサ端の距離の影響を示すグラフである。
【図８】エッチングされた基板の開口寸法のマスク寸法からのずれに対するメサ段差の厚みの影響を示すグラフである。
【図９】本発明の他の実施例である半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施例である半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例である半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１２】従来の半導体装置であるＨＢＴ素子基板を示す図である。
【図１３】レジストマスクの断面形状とバイアホールの端面の状態とを示す断面図である。
【図１４】エッチング端面の形状に対するパターン位置の影響を示す断面図である。。
【図１５】能動素子が形成された基板において、エッチング端面の形状に対するパターン位置の影響を示す断面図である。
【符号の説明】
１００  ＧａＡＳ基板
１０１  メサ段差
１０２  レジスト
１０３  レジスト開口部分
２００  ＧａＡＳ基板
２０１  メサ段差
２０２  レジスト
２０３  孔の端面
３００  ガリウム砒素基板
３０１  レジスト
３０２  エミッタ部
３０３  ベース部
３０４  コレクタ部
３０５  ヘテロ配合バイポーラトランジスタ
３０６  メサ段差（コレクタメサ）
３０７  基板に形成された孔
ｄ  開口端と段差との距離
ｈ  段差厚み
ｔ  レジスト厚み
ｗ  開口端寸法
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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