(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層上に前記半導体層よりエッチングレートが小さい中間層を形成する工程と、
表面に曲率を有するマスクを前記中間層上に形成する工程と、
前記マスクの表面形状を前記中間層に転写するエッチングを実施し、前記中間層の表面に前記マスクの曲率半径より大きい曲率半径を有する表面を形成する第１転写工程と、
前記中間層の表面形状を前記半導体層に転写するエッチングを実施し、前記半導体層の表面に前記中間層の曲率半径より小さい曲率半径を有する表面を形成する第２転写工程と、を含む、半導体面の加工方法。
【請求項２】
前記マスクは、ノボラック系樹脂であり、
前記中間層は、酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化窒化シリコンであり、
前記第１転写工程においては、フッ素系ガスおよび酸素ガスを用いたＲＩＥエッチングを行う、請求項１記載の半導体面の加工方法。
【請求項３】
前記半導体層は、ＩｎＰであり、
前記第２転写工程においては、ハロゲンガスを用いたＲＩＥエッチングを行う、請求項２記載の半導体面の加工方法。
【請求項４】
前記第１転写工程において、前記マスクと前記中間層のエッチングレート比が、０．５倍未満であり、前記第２転写工程において、前記中間層と前記半導体層のエッチングレート比が、２倍以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体面の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体面の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体面を所定の形状に加工する技術が開示されている。例えば、特許文献１は、反応性イオンエッチングにより半導体面を球面形状に加工することによって、レンズを形成する技術を開示している。また、特許文献２は、Ａｒイオンビームによる物理的エッチングにより半導体面を球面形状に加工することによって、レンズを形成する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１０４４８０号公報
【特許文献２】特開平９−３２６５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２の技術では、レジストの形状を半導体面に転写する際に、レジスト表面が荒れることがある。この場合、半導体面を所望の形状に加工することが困難である。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体面を所望の形状に加工することができる、半導体面の加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体面の加工方法は、半導体層上に前記半導体層よりエッチングレートが小さい中間層を形成する工程と、表面に曲率を有するマスクを前記中間層上に形成する工程と、前記マスクの表面形状を前記中間層に転写するエッチングを実施し、前記中間層の表面に前記マスクの曲率半径より大きい曲率半径を有する表面を形成する第１転写工程と、前記中間層の表面形状を前記半導体層に転写するエッチングを実施し、前記半導体層の表面に前記中間層の曲率半径より小さい曲率半径を有する表面を形成する第２転写工程と、を含むことを特徴とする。本発明に係る半導体面の加工方法によれば、半導体面を所望の形状に加工することができる。
【０００７】
前記マスクは、ノボラック系樹脂であり、前記中間層は、酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化窒化シリコンであり、前記第１転写工程においては、フッ素系ガスおよび酸素ガスを用いたＲＩＥエッチングを行ってもよい。前記半導体層は、ＩｎＰであり、前記第２転写工程においては、ハロゲンガスを用いたＲＩＥエッチングを行ってもよい。前記第１転写工程において、前記マスクと前記中間層のエッチングレート比が、０．５倍未満であり、前記第２転写工程において、前記中間層と前記半導体層のエッチングレート比が、２倍以上としてもよい。前記半導体層は、半導体基板の裏面における半導体層としてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る半導体面の加工方法においては、半導体面を所望の形状に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】半導体面の加工方法を説明するためのフロー図である。
【図２】半導体面の加工方法を説明するためのフロー図である。
【図３】半導体基板に半導体素子を形成した半導体受光装置の断面図である。
【図４】図３の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１１】
実施例１においては、一例として、図１（ａ）〜図２（ｅ）を参照しつつ、半導体面にレンズを形成する例について説明する。図１（ａ）に示すように、支持基板１上に、半導体層２を固定する。例えば、支持基板１上にワックス３を塗布し、ワックス３上に半導体層２を配置することによって、支持基板１上に半導体層２を固定することができる。支持基板１は、例えば石英などのガラス基板である。半導体層２は、例えばＩｎＰ基板である。支持基板１上に半導体層２を固定した後、半導体層２の上面を研摩することによって、半導体層２を所定の厚みにすることができる。一例として、ポリッシュ鏡面仕上げにて、半導体層２の厚さを１００μｍとする。
【００１２】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体層２上に、中間層４を成膜する。中間層４は、シリコン系材料からなる。例えば、中間層４として、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなどを用いることができる。本実施例においては、一例として厚み３００ｎｍの酸化シリコンを中間層４に用いる。中間層４は、スパッタなどによって成膜することができる。次に、図１（ｃ）に示すように、中間層４上に、レジスト５を塗布する。レジスト５として、ノボラック系樹脂のボジ型レジストなどを用いることができる。一例として、スピンコータなどを用いて、厚み２μｍのレジスト５を塗布する。その後、レジスト５に対してプリベーク処理を施す。なお、中間層４は、レジスト５よりエッチングレートが小さい材料を用いている。
【００１３】
次いで、図１（ｄ）に示すように、露光・現像処理によって、レンズに対応する領域のレジスト５ａを残す。一例として、５０μｍの直径を有する円形のレジスト５ａを残す。また、所定の距離を空けて円形のレジスト５ａを囲むように、レジスト５ｂを残す。それにより、円形のレジスト５ａと周辺のレジスト５ｂとの間において、中間層４が露出する。
【００１４】
次に、図１（ｅ）に示すように、中間層４上に残ったレジスト５ａ，５ｂに対してハードベーク処理を施す。一例として、ホットプレート上でレジスト５ａ，５ｂに対して２００℃の温度条件で５分間の加熱処理を施す。それにより、レジスト５ａ，５ｂが流動し、円形のレジスト５ａは、表面張力により、略球面形状になる。
【００１５】
次に、図２（ａ）に示すように、レジスト５ａ，５ｂの形状を中間層４に転写することによって、レジスト５ａの形状に対応する中間層４ａと、レジスト５ｂの形状に対応する中間層４ｂとが形成される。レジスト５ａ，５ｂの形状を中間層４に転写する際には、図１（ｅ）の工程で露出した領域の中間層４が除去されて半導体層２が露出するまでエッチングを行う。このとき、レジスト５ａ，５ｂは、転写の際のエッチングによって全て除去される。
【００１６】
図２（ａ）の転写の際には、誘導結合型（ＩＣＰ）−ＲＩＥエッチングを用いる。例えば、フッ素系ガスおよび酸素ガスを用いたＲＩＥエッチングを用いることができる。一例として、ＣＦ４を５０ｓｃｃｍ、Ｏ２を１００ｓｃｃｍ流し、１Ｐａの圧力下、４００ＷのＩＣＰ出力かつ１００Ｗのバイアス出力の条件にて、レジスト５の形状を中間層４に転写する。フッ素系ガスおよび酸素ガスを用いることによって、中間層４およびレジスト５の両方に対してエッチングすることができる。なお、フッ素系ガスと酸素ガスとの比率を適切に選択することによって、中間層４のエッチング速度とレジスト５のエッチング速度との比を選択することができる。
【００１７】
次に、図２（ｂ）に示すように、中間層４上および露出した半導体層２上に、レジスト６を塗布する。次に、図２（ｃ）に示すように、露光・現像処理によって、中間層４ａと中間層４ｂとの間のレジスト６を除去する。
【００１８】
次に、図２（ｄ）に示すように、中間層４ａの形状を半導体層２に転写することによって、半導体層２にレンズ７を形成する。転写の際には、誘導結合型（ＩＣＰ）−ＲＩＥエッチングを用いる。例えば、ハロゲン系ガス（Ｃｌ２，ＨＩなど）を用いたＲＩＥエッチングを用いることができる。一例として、ＨＩを４０ｓｃｃｍ、Ｈｅを４０ｓｃｃｍ、ＳｉＣｌ４を１０ｓｃｃｍ流し、１Ｐａの圧力下、４００ＷのＩＣＰ出力かつ１００Ｗのバイアス出力の条件にて、中間層４ａの形状を半導体層２に転写する。ＲＩＥエッチングの際にハロゲン系ガスを用いることによって、レジスト６のない部分のみ、半導体層２および中間層４に対してエッチングすることができる。それにより、レンズ７の頂点の高さを調整することができる。例えば、レンズ７の頂点の高さを半導体層２の面よりも低くすることができる。このとき、中間層４のレジスト６のない部分は、転写の際のエッチングによって全て除去される。
【００１９】
次に、図２（ｅ）に示すように、レジスト６および中間層４ｂを剥離する。剥離の際には、剥離液、バッファードふっ酸などを用いることができる。以上の工程により、半導体層２の所定の面にレンズ７を形成することができる。
【００２０】
本実施例によれば、複数段階の転写が行われる。具体的には、レジスト５の形状がレジストと異なる中間層４に転写された後に、中間層４の形状が半導体層２に転写される。この場合、レジストの表面荒れの影響を抑制しつつ、中間層４にレジストの形状を転写することができる。さらに、中間層４の形状を半導体層２に転写することができる。それにより、レジストの形状を半導体層２に直接転写する場合と比較して、半導体層２の面を所望の形状に形成することができる。
【００２１】
また、ＲＩＥエッチングを用いることによって、レジストの表面荒れの影響をより抑制することができるとともに、半導体層２の過熱が抑制される。半導体層２の過熱が抑制されれば、放熱性の低いガラスなどを支持基板１として用いることができる。ガラスなどの透明基板を支持基板１として用いれば、半導体層２の表裏のパターン合わせが容易になり、工程ごとに支持基板を張り替える必要がない。それにより、半導体層２の割れなどを回避することができる。
【００２２】
また、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸化窒化シリコンはレジストよりも硬質であるため、これらのいずれかを中間層４に用いることによって半導体層２における表面荒れを抑制することができる。それにより、中間層４を半導体層２に転写する際に所望の形状を実現することができる。
【００２３】
また、１段階目の転写における選択比と２段階目の転写における選択比とを
適切に選択することができる。それにより、半導体層２の面の形状を所望の形状に形成することができる。例えば、レジスト５を塗布する際にレジストを薄くすることが困難であるため、レジスト５と中間層４とのエッチング比は１：１未満とする。このような場合において、中間層４と半導体層２とのエッチング比を１：１以上とすることによって、レジスト５の形状を半導体層２に転写しやすくなる。好ましくは、レジスト５と中間層４とのエッチング比は１：１／２未満の場合において、中間層４と半導体層２とのエッチング比を１：２以上とする。例えば、１段階目の転写における選択比Ａを１／１０とし、２段階目の転写における選択比Ｂを１０にすることによって、１段階目のレジスト５から半導体層２への選択比（Ａ×Ｂ）を「１」にすることができる。このように、中間層４には、レジスト５のエッチングレートより小さくなるような材料を選択することで、１段階目の転写において、レジスト５に曲率半径の小さなパターンを用いても中間層４の曲率半径を大きくすることができる。また、中間層４には、半導体層２のエッチングレートより小さくなるような材料を選択することで、２段階目の転写において、中間層４に曲率半径の大きいパターンを用いても半導体層２に形成されるレンズ７の曲率半径を小さくすることができる。すなわち、レジストを流動化させ表面張力により球面形状を得る方法を用いることで、設計が限られるレジスト５の形状の曲率半径を用いても、半導体層２のレンズ７において所望の曲率半径を得ることができる。
【実施例２】
【００２４】
実施例２においては、図３〜図４を参照しつつ、半導体基板の表面側に半導体素子を半導体基板の裏面にモノリシックレンズを形成する例について説明する。図３は、半導体基板８に半導体素子を形成した半導体受光装置１００の断面図である。図４は、受光素子２０の拡大断面図である。図３および図４に示すように、半導体素子は、例えば、半導体受光素子、半導体発光素子などである。図３および図４の例では、裏面入射型の受光素子２０が形成されている。
【００２５】
図３および図４に示すように、受光素子２０は、半導体基板８上において、ｎ型半導体層２１、ｉ型半導体層２２、ｐ型半導体層２３、およびコンタクト層２４がこの順に積層された構造を有する。ｎ型半導体層２１は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる。ｉ型半導体層２２は、例えば、ｉ型ＩｎＧａＡｓからなる。ｐ型半導体層２３は、例えば、ｐ型ＩｎＰからなる。
【００２６】
ｐ型半導体層２３は、ｉ型半導体層２２よりも小さい径を有する。ｉ型半導体層２２上かつｐ型半導体層２３の側面には、ｎ型半導体層２５が配置されている。ｎ型半導体層２５は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる。半導体基板８は、半絶縁性半導体からなり、例えば、２．２〜６．６×１０７Ωｃｍの抵抗率を有する。一例として、半導体基板８は、半絶縁性のＩｎＰからなる。コンタクト層２４は、例えば、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなる。
【００２７】
受光素子２０は、レンズ７に対応して設けられている。また、それにより、半導体基板８の裏面から入射した光を受光素子２０に集光することができる。レンズ７の頂点が半導体基板８の裏面よりも深く形成されていれば、レンズ７の頂点が半導体基板８の裏面から突出しないため、レンズ７の傷付きなどが抑制される。
【００２８】
ダミーメサ３０ａ，３０ｂは、半導体基板８上において、ｎ型半導体層３１、ｉ型半導体層３２、およびｎ型半導体層３３がこの順に積層された構造を有する。ｎ型半導体層３１は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる。ｉ型半導体層３２は、例えば、ｉ型ＩｎＧａＡｓからなる。ｎ型半導体層３３は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる。
【００２９】
絶縁膜６０は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなり、受光素子２０の表面、ダミーメサ３０ａ，３０ｂの表面、半導体基板８の上面、および半導体基板８の裏面を覆っている。なお、ｎ型半導体層２５の上面と絶縁膜６０との間には、拡散マスク６２が介在している。拡散マスク６２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる。引出配線４０ａ，４０ｂは、半導体基板８側から、Ｔｉ／Ｐｔ層４１、Ａｕスパッタ層４２、およびＡｕめっき層４３が積層された構成を有し、絶縁膜６０上に配置されている。それにより、引出配線４０ａ，４０ｂと受光素子２０、ダミーメサ３０ａ，３０ｂおよび半導体基板８との間が絶縁されている。なお、ダミーメサ３０ａ上の引出配線４０ａ上およびダミーメサ３０ｂ上の引出配線４０ｂ上には、電極パッド３４が設けられている。
【００３０】
ただし、絶縁膜６０は、コンタクト層２４上において開口を有する。それにより、受光素子２０のコンタクト層２４は、引出配線４０ａと接触する。また、絶縁膜６０は、ｎ型半導体層２１上の一部の領域において開口を有する。この開口には、コンタクト層６１が形成されている。それにより、受光素子２０のｎ型半導体層２１は、コンタクト層６１を介して引出配線４０ｂと接触する。コンタクト層６１は、例えば、ＡｕＧｅ／Ａｕからなる。また、絶縁膜６０は、ダミーメサ３０ａ，３０ｂの表面を覆うとともに、受光素子とダミーメサとの間の半導体基板８上を覆っている。
【００３１】
なお、実施例１においては、支持基板に支持された半導体層を所望の形状に加工したが、それに限らない、例えば、実施例２で説明したように半導体素子が形成された半導体基板の裏面に対して所望の形状に加工してもよい。また、実施例１および実施例２においては、半導体基板としてＩｎＰを用いたが、Ｓｉ、ＧａＡｓなどの他の半導体を用いてもよい。また、実施例２においては、モノリシックレンズを形成したが、半導体素子とレンズとを別に形成してもよい。また、実施例２においては、裏面入射型の半導体受光素子を設けたが、表面入射型の半導体受光素子を設けてもよい。また、半導体受光素子の代わりに半導体発光素子を設けてもよい。
【００３２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  支持基板
２  半導体基板
３  ワックス
４  中間層
５，６  レジスト
７レンズ
２０  受光素子
２１  ｎ型半導体層
２２  ｉ型半導体層
２３  ｐ型半導体層
２４  コンタクト層
２５  ｎ型半導体層
３０ａ，３０ｂ  ダミーメサ
３１  ｎ型半導体層
３２  ｉ型半導体層
３３  ｎ型半導体層
３４  電極パッド
４０ａ，４０ｂ  引出配線
６０  絶縁膜
１００  半導体受光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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