(57)【要約】【課題】  工程の効率化を実現するとともに、環境に対する影響が小さく、低コストにて寄生インピーダンスを低減して、試料の微細な磁区の読取りを可能にしたホール素子が得られる化合物半導体へのビアホール形成方法を提供することを目的とする。【解決手段】  超硬合金微小径ドリルあるいはダイヤモンドドリルを用いて化合物半導体の表裏を貫通してビアホール３を穿設した後、メッキ、真空中蒸着による成膜６等により前記ビアホール３における化合物半導体の表裏を導体化することにより、化合物半導体の基板１に機械的にビアホール３を簡便に形成して環境負荷が小さく低コストで、当該ビアホール３部をメッキ、真空中蒸着による成膜６等により導体化して寄生インピーダンスを低減化した裏面電極デバイスが得られ、その結果、ボンディングワイヤの廃止と、低減化された寄生インピーダンスによる特性向上とにより試料の微細な磁区の読取りが可能な走査型ホール・プローブ顕微鏡に使用されるホール素子が得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型ホール・プローブ顕微鏡等のホール素子に使用される化合物半導体素子の表裏間を導体化するための化合物半導体へのビアホール形成方法において、超硬合金微小径ドリルあるいはダイヤモンドドリルを用いて化合物半導体の表裏を貫通してビアホールを穿設した後、メッキ、真空中蒸着による成膜等により前記ビアホールにおける化合物半導体の表裏を導体化することを特徴とする化合物半導体へのビアホール形成方法。
【請求項２】
前記ビアホールは直径３００ミクロン以下、深さ５００ミクロン以上の細孔に形成されることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体へのビアホール形成方法。
【請求項３】
前記ビアホールの断面形状が裏面側に開いたテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体へのビアホール形成方法。
【請求項４】
前記テーパが異なった角度の少なくとも２段階テーパ形状に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の化合物半導体へのビアホール形成方法。
【請求項５】
前記化合物半導体が、ＧａＡｓ（ガリウム・砒素）系あるいはＩｎＰ（インジウム・りん酸）系基板材料から構成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の化合物半導体へのビアホール形成方法。
【請求項６】
前記メッキ、真空中蒸着による成膜等が、ＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム）等の電極用金属によりビアホールの表面あるいは空隙を充填して埋め込むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の化合物半導体へのビアホール形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型ホール・プローブ顕微鏡（磁界分布観察のために使用する技術）等のホール素子等の機能性素子に使用される化合物半導体素子の表裏間を導体化するための化合物半導体へのビアホール形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、ＧａＡｓ（ガリウム・砒素）系やＩｎＰ（インジウム・りん酸）系の高周波数化合物半導体電子デバイスにおける磁界分布観察等のための特性を向上させるため、寄生インピーダンスを低減させることは重要である。従来、ＧａＡｓ（ガリウム・砒素）系やＩｎＰ（インジウム・りん酸）系の高周波数化合物半導体からなる基板の表面に電極を形成し、それにボンディングワイヤを接続・配線して走査型ホール・プローブ顕微鏡用のホール素子としてきた。顕微鏡の分解能および感度向上のためには磁気センサであるホール素子をより試料表面に近接させる必要がある。ところが、ホール素子を試料に接近させて微細な磁区を計測する際に、前記ループ状のボンディングワイヤが邪魔となるため、顕微鏡の分解能および感度向上に限界があった。
【０００３】
そこで、寄生インピーダンスを低減させるために、フォトリソグラフィの技術により、厚膜レジスト等をマスク材としてドライエッチングにより、基板の表裏に貫通するビア（ヴィア）ホールを形成して、直接に接地を得る技術が提案された（例えば下記特許文献１および非特許文献２および３参照）。
【特許文献１】実開平５−６４７０６号公報（図１参照）
【非特許文献２】第５０回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集（２００３．３神奈川大学）２８ｐ−Ｐ９−５「ヨウ化水素ガスを用いたＩｎＰの低温、高速エッチング」（住友電気工業（株）オプトエレクトロニクス研究所  宮崎富仁、川崎健、矢野浩）
【非特許文献３】第５０回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集（２００３．３神奈川大学）２８ｐ−Ｐ９−６「感光性ポリイミドマスクによるＧａＡｓヴィアホール形成」（日立中研  塩田貴支、内山博幸）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に開示されたものは、図８に示すように、基板１１０の表面に磁気検知部１１３を形成するとともに、裏面に端子１１４を形成し、基板１１０の表裏方向に貫通して導電性を有する貫通電極１１１を設け、この貫通電極１１１の一端面に磁気検知部１１３の少なくとも一部を重合接続したもので、基板１１０の表面に略磁気検知部１１３のみが形成され、リード電極等を形成しなくてもよいことから、チップ面積が小さくなり、小型化が可能となってコストを低減させることができるとともに、リード電極に対する磁気的影響を解消することができる。また、チップ面積が小さいことから、封止によるピンホールが生じ難く、不良を減少させることができることとなった。
【０００５】
また、前記非特許文献２および３に開示されたものは、図示しての説明は省略するが、それぞれ、ＩｎＰ基板上にレジストマスクとＨＩガスを用いて低温・高速でエッチングを行ったもの、およびドライエッチング耐性に問題のあるレジストに代えてマスク材として感光性ポリイミドを使用して良好なビアホールの形成を行ったものである。
【０００６】
しかしながら、これらの従来のエッチングによるビアホールの形成方法では、基板の厚さがせいぜい１００μｍ程度までのビアホールの穿設しかできず、ビアホールの長さ（深さ）が２００μｍ〜５００μｍを超える場合は、レジストマスク等の耐久性に問題を生じる上に、使用する装置が膨大となって高額な設備投資が必要となり高コストを招いた。さらに、エッチングでは要処理時間の増大を招く他、必要な有機溶剤の廃棄物処理等による環境問題が生じた。
【０００７】
そこで、本発明は、前記従来のビアホール形成方法の諸課題を解決して、工程の効率化を実現するとともに、環境に対する影響が小さく、低コストにて寄生インピーダンスを低減して、試料の微細な磁区の読取りを可能にしたホール素子が得られる化合物半導体へのビアホール形成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】
【０００８】
そのため、本発明は、走査型ホール・プローブ顕微鏡等のホール素子に使用される化合物半導体素子の表裏間を導体化するための化合物半導体へのビアホール形成方法において、超硬合金微小径ドリルあるいはダイヤモンドドリルを用いて化合物半導体の表裏を貫通してビアホールを穿設した後、メッキ、真空中蒸着による成膜等により前記ビアホールにおける化合物半導体の表裏を導体化することを特徴とする。また本発明は、前記ビアホールは直径３００ミクロン以下、深さ５００ミクロン以上の細孔に形成されることを特徴とする。また本発明は、前記ビアホールの断面形状が裏面側に開いたテーパ状に形成されたことを特徴とする。また本発明は、前記テーパが異なった角度の少なくとも２段階テーパ形状に形成されたことを特徴とする。また本発明は、前記化合物半導体が、ＧａＡｓ（ガリウム・砒素）系あるいはＩｎＰ（インジウム・りん酸）系基板材料から構成されたことを特徴とする。また本発明は、前記メッキ、真空中蒸着による成膜等が、ＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム）等の電極用金属によりビアホールの表面あるいは空隙を充填して埋め込むことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、走査型ホール・プローブ顕微鏡等のホール素子に使用される化合物半導体素子の表裏間を導体化するための化合物半導体へのビアホール形成方法において、超硬合金微小径ドリルあるいはダイヤモンドドリルを用いて化合物半導体の表裏を貫通してビアホールを穿設した後、メッキ、真空中蒸着による成膜等により前記ビアホールにおける化合物半導体の表裏を導体化することにより、化合物半導体の基板に機械的にビアホールを簡便に形成して環境負荷が小さく低コストで、当該ビアホール部をメッキ、真空中蒸着による成膜等により導体化して寄生インピーダンスを低減化した裏面電極デバイスが得られ、その結果、ボンディングワイヤの廃止と、低減化された寄生インピーダンスによる特性向上とにより試料の微細な磁区の読取りが可能な走査型ホール・プローブ顕微鏡に使用されるホール素子が得られる。また、ビアホールの存在は、半導体の稼働中の熱の放散（クーリング）や高密度化（集積化）を可能にする。
【００１０】
また、前記ビアホールは直径３００ミクロン以下、深さ５００ミクロン以上の細孔に形成される場合は、単純な超硬合金微小径ドリルあるいはダイヤモンドドリルを用いて、通常よりも細径で長大な基板にも容易にビアホールを穿設でき、従来のもののような使用する装置の膨大化、高額な設備投資、要処理時間の増大や有機溶剤の廃棄物処理等による環境問題の虞れがない。
【００１１】
さらに、前記ビアホールの断面形状が裏面側に開いたテーパ状に形成された場合は、表面側が小さな径であるにも拘らず、ビアホールの表面積および容積を大きく採れて抵抗が少なく、特に裏面側で低寄生インピーダンスの電極デバイスが得られて電導度をより向上させて、磁界分布観察のための磁気センサであるホール素子として使用する際の分解能および感度を向上させることが可能となる他、テーパ形状によって蒸着やメッキがし易くなる利点も得られる。
【００１２】
さらにまた、前記テーパが異なった角度の少なくとも２段階テーパ形状に形成された場合は、２段階テーパ面を有するドリルにより、容易に２段階テーパ形状のビアホールを形成することができて、表面側が小さな径であるにも拘らず、ビアホールの表面積および容積がさらに大きく採れてより抵抗が少なく、裏面側で低寄生インピーダンスの電極デバイスが得られて電導度をより向上させて、ホール素子としての分解能および感度をさらに向上させることが可能となる。
【００１３】
また、前記化合物半導体が、ＧａＡｓ（ガリウム・砒素）系あるいはＩｎＰ（インジウム・りん酸）系基板材料から構成された場合は、機能性素子としての化合物半導体基板に直接に孔の穿設加工が行える。
【００１４】
さらに、前記メッキ、真空中蒸着による成膜等が、ＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム）等の電極用金属によりビアホールの表面あるいは空隙を充填して埋め込む場合は、機械的に単純化された穿設加工により開けられたビアホール内を、電導度の高い金・ゲルマニウムの電極用金属により容易に導体化して寄生インピーダンスを低減化して裏面電極デバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明の化合物半導体へのビアホール形成方法の第１実施例で、図１はホール素子の磁気センサとして使用される基板標本の平面図および断面図、図２はビアホールが穿設された直後の基板標本の平面および断面図、図３はスルーホールであるビアホールに導体化のためのメッキが施される状態を説明する基板標本の斜視図および断面図、図４は基板標本がチップホルダに設置されて磁気センサに構成される説明図、図５はドリルによるビアホールの穿設工程を示す斜視図、図６は穿設されたビアホールを含む断面図である。図７は本発明の化合物半導体へのビアホール形成方法の第２実施例を示す断面図である。
【００１６】
本発明の化合物半導体へのビアホール形成方法の基本的な構成は、図１（および図５）に示すように、走査型ホール・プローブ顕微鏡等のホール素子に使用される化合物半導体素子（基板）１の表裏間を導体化するための化合物半導体１へのビアホール３の形成方法において、超硬合金微小径ドリルあるいはダイヤモンドドリル（２）を用いて化合物半導体１の表裏を貫通してビアホール３を穿設した後、メッキ、真空中蒸着による成膜６等により前記ビアホール３における化合物半導体１の表裏を導体化することを特徴とするものである。
【実施例１】
【００１７】
実施例１について以下に詳述する。図５に示すように、２次元電子ガスエビ層を含んだＧａＡｓ（ガリウム・砒素）／ＡｌＧａＡｓヘテロ構造の資料である化合物半導体素子の基板１を加工機の台板４上に載置・固定し、超硬合金微小径ドリルあるいはダイヤモンドドリル２により基板１を穿孔する。図６に示すように、ドリル２は所定の角度を有するテーパ（円錐）状に形成されており、穿設されたビアホール３は上面（裏面１Ｂ）側に開いたテーパ孔として形成される。このようにして複数のビアホール３、３・・が形成された基板１を、図２に示すように、裏面１Ｂ側が下になるように裏返す。基板１の標本は、５ｍｍ角で、厚みが４５０μｍ、ビアホール３の表面１Ａ側の直径は２００μｍ、裏面１Ｂ側の直径は４５０μｍ（図３（Ａ）参照）である。
【００１８】
図３（Ｂ）に示すように、穿設されたビアホール３の表面に、真空中蒸着やメッキ法によってＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム）等の電極用金属のメッキ層７を被覆する。これにより、基板１の表面１Ａと裏面１Ｂとにそれぞれ設置される表面電極８および裏面電極９の間を電気的に導通状態とするものである。ビアホール３の表面にメッキ層７を施すものに代えて、図１に示すように、ビアホール３内をメッキ材６にて充填するように構成してもよい。
【００１９】
このように表面１Ａと裏面１Ｂとが電気的に導体化された化合物半導体素子からなる基板１を磁気センサを有するホール素子として構成するには、図１に示すように、光露光によりビアホール３の表面１Ａ側にメサ１０を形成する。次いで、オーミック電極１１を得るために４５０°Ｃで約５分間の加熱（電極用ＡｕＧｅ蒸着と加熱）を行う。次に、基板１におけるビアホール３内を真空中蒸着あるいはメッキ法でＡｕＧｅ等の電極用の金属で被覆ないし充填する。そして、オーミック電極１１にパッド１２の蒸着を行い、４つのオーミック電極１１を磁気検出部１４によって接続する。
【００２０】
このように構成された表面１Ａと裏面１Ｂとが電気的に導体化された基板１（図４（Ａ）を、図４（Ｂ）（Ｃ）に示すように、チップホルダ５の上に設置してホール素子が完成する。ホール素子は走査型ホール・プローブ顕微鏡の対物側に取り付けられる。つまりは、表面１Ａ側が対物側となる。かくして、従来のもののようなボンディングワイヤ等に煩わされることなく、ホール素子をより被測定物すなわち試料表面に近接させることができて、顕微鏡の分解能および感度向上が図れる。のみならず、超硬合金微小径ドリルあるいはダイヤモンドドリルを用いて簡便に半導体の表裏を貫通してビアホールを穿設した後、メッキ、真空中蒸着による成膜等により前記ビアホールにおける化合物半導体の表裏を導体化することにより、寄生インピーダンスを効果的に低減化して特性を向上させ、試料の微細な磁区の読取りが可能な走査型ホール・プローブ顕微鏡に使用されるホール素子が得られる。
【００２１】
しかも前記ビアホールは裏面に開いたテーパ状に形成されていることによって、表面側が小さな径であるにも拘らず、ビアホールの表面積および容積を大きく採れて抵抗が少なく、特に裏面側で低寄生インピーダンスの電極デバイスが得られて電導度をより向上させて、磁界分布観察のための磁気センサであるホール素子として使用する際の分解能および感度を向上させることが可能となる他、テーパ形状によって蒸着やメッキがし易くなる利点も得られる。
【実施例２】
【００２２】
図７は本発明の化合物半導体へのビアホール形成方法の第２実施例で、図７（Ａ）に示すように、ＧａＡｓ（ガリウム・砒素）系あるいはＩｎＰ（インジウム・りん酸）系基板材料からなる化合物半導体の基板１を、２段階テーパ面２Ａ、２Ｂを有する超硬合金微小径ドリルあるいはダイヤモンドドリル２により穿設・加工するものである。このようにして加工された基板１を図７（Ｂ）に示す。したがって、ビアホール３はテーパが異なった角度の少なくとも（２段以上の多段に形成されてもよい）２段階テーパ形状３Ａ、３Ｂに形成されて稜線３Ｃを有する。これを図７（Ｃ）に示すように上下を逆にして表面１Ａ側に磁気検出部が設けられる。かくして、表面１Ａ側が小さな径であるにも拘らず、ビアホールの表面積および容積がさらに大きく採れてより抵抗が少なく、裏面１Ｂ側で低寄生インピーダンスの電極デバイスが得られて電導度をより向上させて、ホール素子としての分解能および感度をさらに向上させることが可能となる。なお、２段階テーパ面２Ａ、２Ｂを形成するのに、テーパ角度の大きなドリルで穿孔した後、テーパ角度の小さな（鋭角）ドリルでさらに穿孔してもよいことは言うまでもない。
【００２３】
以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内にて、走査型ホール・プローブ顕微鏡等のホール素子の形状、形式、化合物半導体素子の材質（ＧａＡｓ系あるいはＩｎＰ系基板材料の他、高周波数化合物半導体である適宜の化合物半導体に適用が可能である）、ドリルの形状（テーパ角度、テーパの段数等）、形式（切削形態）および材質（超硬合金微小径ドリルあるいはダイヤモンドドリルの他、微小化が実現可能な適宜のドリルが採用され得る）、ビアホールの形状（０°を含めたテーパ角度、テーパの段数、好適には直径３００ミクロン以下、深さ５００ミクロン以上の細孔に形成されるが、表面あるいは裏面側の径、深さについては前記範囲を外れるものもドリルにて穿設は可能である）、断面形状（必ずしも円形でなくともよい））、ビアホール内のメッキ、真空中蒸着による成膜形態（ビアホール表面への単層あるいは多層のメッキ、蒸着、もしくはビアホール内への充填）およびその成膜方法（メッキ、真空中蒸着の他に接着等の適宜の成膜方法が採用され得る）ならびに成膜の種類（ＡｕＧｅ以外に適宜の電極用金属が採用可能である）等は適宜選定され得るし、前記実施例にて示された材質や諸元は例示的なもので、限定的に解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の化合物半導体へのビアホール形成方法の第１実施例を示し、ホール素子の磁気センサとして使用される基板標本の平面図および断面図である。
【図２】同、ビアホールが穿設された直後の基板標本の平面および断面図である。
【図３】同、スルーホールであるビアホールに導体化のためのメッキが施される状態を説明する基板標本の斜視図および断面図である。
【図４】同、基板標本がチップホルダに設置されて磁気センサに構成される説明図である。
【図５】同、ドリルによるビアホールの穿設工程を示す斜視図である。
【図６】同、穿設されたビアホールを含む断面図である。
【図７】本発明の化合物半導体へのビアホール形成方法の第２実施例を示す断面図である。
【図８】従来の磁気センサを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１        化合物半導体素子（基板）
１Ａ        表面
１Ｂ        裏面
２        ドリル（超硬合金微小径ドリル、ダイヤモンドドリル等）
３        ビアホール
４        加工機台板
５        チップホルダ
６        メッキ材
７        メッキ層
８        表面電極
９        裏面電極
１０        メサ（ＭＥＳＡ）
１１        電極（ｏｈｍｉｃ）
１２        パッド
１４        磁気検出部
【図１】
2005085926.tif 000003
【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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