(57)【要約】【課題】  本発明は、薄く脆弱な半導体ウェハであっても容易に金属パターンを形成することが可能な半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  上記課題を解決するため、本発明の半導体素子の製造方法は、  半導体ウェハの主面にレジストを塗付し、該レジストが半硬化の状態で開口を設けることにより、半硬化レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、  前記開口の底部に露出する前記半導体ウェハの露出面上及び前記半硬化レジストパターン上に対して金属蒸着を行い、当該露出面に設けられたパターン金属部と当該半硬化レジストパターンを被覆する被覆金属部との間に不連続部を有する金属膜を形成する金属膜形成工程と、  前記金属膜の不連続部よりレジスト除去液を浸潤させて前記半硬化レジストパターンを除去するレジストパターン除去工程と、  前記金属膜に剥離液を滴下して、前記金属膜のうち前記被覆金属部を前記半導体ウェハの主面から除去する残余金属膜除去工程と、をこの順に行うことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの主面にレジストを塗付し、該レジストが半硬化の状態で開口を設けることにより、半硬化レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記開口の底部に露出する前記半導体ウェハの露出面上及び前記半硬化レジストパターン上に対して金属蒸着を行い、当該露出面に設けられたパターン金属部と当該半硬化レジストパターンを被覆する被覆金属部との間に不連続部を有する金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記金属膜の不連続部よりレジスト除去液を浸潤させて前記半硬化レジストパターンを除去するレジストパターン除去工程と、
前記金属膜に剥離液を滴下して、前記金属膜のうち前記被覆金属部を前記半導体ウェハの主面から除去する残余金属膜除去工程と、
をこの順に行うことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
半導体ウェハの主面にレジストを塗付し、該レジストが半硬化の状態で開口を設けることにより、半硬化レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記開口の底部に露出する前記半導体ウェハの露出面上及び前記半硬化レジストパターン上に対して金属蒸着を行い、当該露出面に設けられたパターン金属部と当該半硬化レジストパターンを被覆する被覆金属部との間に不連続部を有する金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記金属膜の不連続部よりレジスト除去液を浸潤させて前記半硬化レジストパターンを除去するレジストパターン除去工程と、
前記金属膜に気流を吹き付け、前記金属膜のうち前記被覆金属部を前記半導体ウェハの主面から除去する残余金属膜除去工程と、
をこの順に行うことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記レジストパターン形成工程において、前記開口の側壁は、少なくとも底部側の一部がオーバハング形状を有するように形成されるとともに、
前記金属膜形成工程において、前記金属膜は、当該オーバハング形状の位置にて前記不連続部を有するように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記半導体ウェハは、化合物半導体にて構成されてなるとともに、厚さが５０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記レジストパターン形成工程から前記残余金属膜除去形成工程までの工程は、前記半導体ウェハが裏面に裏面側金属パターンを有した状態で行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
化合物半導体にて構成されてなるとともに、厚さが５０μｍ以上１５０μｍ以下である半導体ウェハの両主面に、金属パターンがそれぞれ形成されてなることを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子では、小型化及び高性能化に伴い、取り扱う半導体ウェハが非常に薄層化している。例えば、発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子を例に挙げると、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えばＡｌＧａＩｎＰ混晶により発光層部が形成された発光素子は、ＡｌＧａＩｎＰ混晶がＧａＡｓと格子整合することを利用して、ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる発光層部をエピタキシャル成長させることにより形成できる。しかしながら、発光層部を構成するＡｌＧａＩｎＰ混晶はＧａＡｓよりもバンドギャップが大きいため、発光した光がＧａＡｓ基板に吸収されて十分な光取出し効率が得られにくい難点がある。この問題を解決するため、特許文献１をはじめとする種々の公報には、発光層部を含む化合物半導体層から成長用のＧａＡｓ基板を剥離し、直接素子化したり、補強用の基板（透明なＧａＰ基板等）を貼り合わせて素子化する技術が開示されている。この際、ＧａＡｓ基板が剥離された発光層部を含む化合物半導体層は、厚さが５０〜１５０μｍ以下程度と非常に薄く、脆弱である。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５３７６５８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発光層部を含む化合物半導体層を素子化するためには、表面に電極となる金属パターンの形成を行うことが不可欠である。金属パターンの形成には、数種類の方法がある。第一にメタルマスクを用いた金属蒸着を挙げることができる。しかしながら、この方法では面内均一性が確保できないという問題点がある。第二にフォトリソグラフィー法を挙げることができる。通常のフォトリソグラフィー法では、マスクパターンに従ってレジストパターンを形成し、レジストパターンをエッチングに対する遮蔽物としてエッチングを行い、求める金属パターンを形成する。しかしながら、この方法ではエッチングを行うため、例えば、金属パターンの形成を裏面等に他の金属パターンを有した状態で行わなければならないときに、当該他の金属パターンを保護するための数多くの工程を要するなど、コストの増大やウェハ破損リスクの増大等の問題がある。
【０００５】
また、フォトリソグラフィー法の一種であるリフトオフ法を挙げることができる。リフトオフ法は、ウェハ表面にレジストパターンを形成して、金属膜を蒸着し、その後、レジスト除去液をジェット流で吹付けることで、レジストを剥離すると同時に余分な金属膜を除去して、金属パターンを得るものである。これによると、上記２つの方法が有する問題を解決することは可能であるが、ジェット流の吹付けで薄く脆弱な半導体ウェハが破壊されてしまうという問題がある。また、ジェット流が弱いとレジスト上から剥離した金属膜が表面に再付着し、綺麗なパターンが得られないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、薄く脆弱な半導体ウェハであっても容易に金属パターンを形成することが可能な半導体素子の製造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・発明の効果】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の半導体素子の製造方法は、
半導体ウェハの主面にレジストを塗付し、該レジストが半硬化の状態で開口を設けることにより、半硬化レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記開口の底部に露出する前記半導体ウェハの露出面上及び前記半硬化レジストパターン上に対して金属蒸着を行い、当該露出面に設けられたパターン金属部と当該半硬化レジストパターンを被覆する被覆金属部との間に不連続部を有する金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記金属膜の不連続部よりレジスト除去液を浸潤させて前記半硬化レジストパターンを除去するレジストパターン除去工程と、
前記金属膜に剥離液を滴下して、前記金属膜のうち前記被覆金属部を前記半導体ウェハの主面から除去する残余金属膜除去工程と、
をこの順に行うことを特徴とする。
【０００８】
または、本発明の半導体素子の製造方法は、
半導体ウェハの主面にレジストを塗付し、該レジストが半硬化の状態で開口を設けることにより、半硬化レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記開口の底部に露出する前記半導体ウェハの露出面上及び前記半硬化レジストパターン上に対して金属蒸着を行い、当該露出面に設けられたパターン金属部と当該半硬化レジストパターンを被覆する被覆金属部との間に不連続部を有する金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記金属膜の不連続部よりレジスト除去液を浸潤させて前記半硬化レジストパターンを除去するレジストパターン除去工程と、
前記金属膜に気流を吹き付け、前記金属膜のうち前記被覆金属部を前記半導体ウェハの主面から除去する残余金属膜除去工程と、
をこの順に行うことを特徴とする。
【０００９】
上記本発明は、いわゆるリフトオフ法を基にしたものである。しかしながら、レジスト除去液のジェット流によりレジスト除去と金属膜除去とを同時に行う従来の方法とは全く異なるものである。
すなわち、上記本発明では、まず、レジストパターン除去工程にて、半導体ウェハと金属膜（被覆金属部）との間にある半硬化レジストパターンを除去する。これにより、被覆金属部は、パターン金属部と繋がった状態で半導体ウェハの主面に付着しているだけになる。そこで、残余金属膜除去工程にて、パターン金属部と被覆金属部との繋がりを断ち切ることが可能な程度の必要十分な力を与えて、被覆金属部を半導体ウェハの主面から除去する。具体的には、当該被覆金属部の除去は、剥離液の滴下若しくは気流の吹付けによって行うことができる。以上のようにして、薄く脆弱な半導体ウェハであっても容易に金属パターンを形成することが可能となる。
【００１０】
次に、本発明の半導体素子の製造方法では、前記レジストパターン形成工程において、前記開口の側壁は、少なくとも底部側の一部がオーバハング形状を有するように形成されるとともに、前記金属膜形成工程において、前記金属膜は、当該オーバハング形状の位置にて前記不連続部を有するように形成することができる。
【００１１】
上記本発明の半導体素子の製造方法では、レジストパターン形成工程にて、半導体ウェハと金属膜（被覆金属部）との間にある半硬化レジストパターンを除去することから、金属膜にレジスト除去液を浸潤させるための侵入孔を設ける必要がある。そこで、開口の側壁を、少なくとも底部側の一部がオーバハング形状を有するように形成することで、その後に蒸着される金属膜を、パターン金属部と被覆金属部との間に不連続部を有する形状とすることができる。
【００１２】
以上の製造方法によると、薄く脆弱な半導体ウェハであっても容易に金属パターンを形成することが可能であるため、これにより、化合物半導体にて構成されてなるとともに、厚さが５０μｍ以上１５０μｍ以下である半導体ウェハの両主面に、金属パターンがそれぞれ形成された半導体素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
本発明の半導体素子の製造方法は、ウェハ主面に金属パターンを形成するに際して、レジスト塗布後に金属を蒸着し、レジスト剥離とともに必要外の金属を剥離するいわゆるリフトオフ法を基にしている。詳細を図１〜３の工程図に示す。以下、順を追って説明する。
【００１４】
本製造工程で金属パターンが形成される半導体ウェハ１は、例えば、化合物半導体にて構成された、厚さが５０μｍ以上１５０μｍ以下程度のものを用いることができる。化合物半導体は一般に脆弱であり、当該厚さでは非常に破損しやすい。本発明の半導体の製造方法は、そのような破損しやすい半導体ウェハに対して特に好適である。
【００１５】
上記半導体ウェハ１に対して、まず、図１の工程１及び２に示すレジストパターン形成工程を行う。工程１にて、半導体ウェハ１の主面１ａにレジスト２を塗付し、工程２にて、該レジスト２が半硬化の状態で開口３を設けることにより、半硬化レジストパターン２´を形成する。なお、ここで半硬化レジストパターン２´における「半硬化」とは、全体として半硬化という意味であり、後の金属蒸着等によって金属が被着した表層の一部が硬化してしまうことを許容する。
【００１６】
具体的には、半導体ウェハ１の主面１ａにレジスト２を塗布し、いわゆるブリベーク（１００℃、２分程度）を実施して、レジスト２を半硬化状態にする。その後、露光・現像を行うことにより、レジスト２を求めるパターン、すなわち半硬化レジストパターン２´にする。これにより、開口３が形成され、その底部には半導体ウェハ１の主面１ａの所定領域が露出する（以下、露出面３ｂという）。
【００１７】
また、開口３の側壁は、少なくとも底部側の一部がオーバハング形状３ｔとされる。当該オーバハング形状３ｔは、例えば、露光の際の焦点位置を調整することにより得ることができる。また、図のように、底部側の一部のみをオーバハング形状３ｔとし、残部を垂直な形状とするには、二重露光を施すことにより実現する。なお、本実施形態では、開口３の側壁は、底部側の一部のみがオーバハング形状３ｔとされているが、側壁全体がオーバハング形状であってもよい。
【００１８】
次に、工程３に示す金属膜形成工程を行う。すなわち、開口３の底部に露出する半導体ウェハ１の露出面３ｂ上及び半硬化レジストパターン２´上に対して金属蒸着を行う。これにより得られる金属膜４は、当該露出面３ｂに設けられたパターン金属部４ｐと当該半硬化レジストパターン２´を被覆する被覆金属部４ｒとの間に不連続部４ｄを有する形状とされる。
【００１９】
詳しくは、図５の開口３の拡大図に示すように、金属膜４は、オーバハング形状３ｔの位置にて不連続部４ｄを有する。すなわち、金属膜４は、被覆金属部４ｒ（具体的には、側壁の垂直部３ｓを被覆する側壁金属部４ｓの下端）とパターン金属部４ｐとの間が途切れており、この途切れた箇所が不連続部４ｄである。なお、パターン金属部４ｐと被覆金属部４ｒは、完全に分離していても、一部が繋がっていてもどちらでもよい。
【００２０】
次に、図２の工程４及び５に示すレジストパターン除去工程を行う。まず工程４にて、レジスト除去液５中に、半硬化レジストパターン２´及び金属膜４が形成された半導体ウェハ１を浸漬させる。この際、金属膜４の不連続部４ｄからレジスト除去液５が浸潤することによって、半硬化レジストパターン２´が除去される。その後、半導体ウェハ１をレジスト除去液５から引き上げると、工程５の図に示すごとく、被着していた半硬化レジストパターン２´を失った被覆金属部４ｒが、半導体ウェハ１の主面１ａに軽く付着した状態となっている。この付着力は、金属蒸着により主面１ａに直接形成されたパターン金属部４ｐと比べると非常に弱いものである。
【００２１】
上記工程４の浸漬工程は、例えば、レジスト除去液５としてのアセトン中に、半硬化レジストパターン２´及び金属膜４が形成された半導体ウェハ１を１分以上程度浸漬させる等して行うことができる。なお、金属膜４の不連続部４ｄは小さく、レジスト除去液５の浸潤が困難であることから、半硬化レジストパターン２´は、除去を行いやすいように半硬化状態である必要がある。
【００２２】
次に、図３の工程６ａ若しくは工程６ｂに示す残余金属膜除去工程を行う。これにより、金属膜４のうち被覆金属部４ｒを半導体ウェハ１の主面１ａから除去する。当該除去工程は、剥離液６ａの滴下により行う場合（工程６ａ）と気流７ａの吹付けにより行う場合（工程６ｂ）と２種類の方法があり、いずれを用いてもよい。また、両方を行うこともできる。以下、それぞれについて説明する。
【００２３】
（工程６ａ）
工程６ａは、剥離液６ａを金属膜４に滴下することにより、被覆金属部４ｒを半導体ウェハ１の主面１ａから除去する。この際、主面１ａに直接形成されたパターン金属部４ｐのみが、除去されずに主面１ａに留まることになる（図４参照）。剥離液６ａの滴下は、例えば、自然落下方式で連続的に行うことができる。剥離液６の種類は、特には限定されず、例えば水などを用いることができる。また、剥離液６ａの滴下は、例えば、半導体ウェハ１の２００ｍｍ程度の上方に設置されたノズル６から行うことができる。ノズル６の径は、例えば、３ｍｍφ程度とすることができる。さらに、半導体ウェハ１の下部に濾紙を配した漏斗等を設けておくことで、剥離液６ａとともに除去された金属膜（上記被覆金属部４ｒ）を回収することができる。回収された剥離液６ａは、ポンプアップ等して、再度ノズル６から滴下するように構成することもできる。
【００２４】
（工程６ｂ）
工程６ｂは、気流７ａを金属膜４に吹き付けることにより、被覆金属部４ｒを半導体ウェハ１の主面１ａから除去する。この際、主面１ａに直接形成されたパターン金属部４ｐのみが、除去されずに主面１ａに留まることになる（図４参照）。気流７は、例えば、０．０５Ｐａ以下程度に調圧した状態でノズル７から噴出される。
【００２５】
以上の工程６ａ若しくは工程６ｂにて被覆金属部４ｒが除去されることで、図４に示すように、半導体ウェハ１の主面１ａにパターン金属部４ｐが完成する。当該パターン金属部４ｐは、例えば、電極として用いられる。
【００２６】
また、以上の図１〜３の工程１〜６、すなわち、レジストパターン形成工程から残余金属膜除去形成工程までの工程は、半導体ウェハ１が裏面に裏面側金属パターンを有した状態で行う場合に特に好適である。当該工程では、金属膜をエッチングする工程を含まないため、裏面の裏面側金属パターンを保護する等の手間をかけずに、主面に金属パターンを形成することができる。以下、その一例を説明する。
【００２７】
図６に、発光素子１００の製造方法を示す。まず、発光層成長用基板をなす半導体単結晶基板であるＧａＡｓ単結晶基板１１の主表面上に、発光層部２４として、１μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、０．６μｍのＡｌＧａＩｎＰ活性層（ノンドープ）１５、及び１μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１６をこの順に有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法によりエピタキシャル成長させる。その後、電流拡散層としてのＧａＰ層２０をハイドライド気相成長（ＶＰＥ）法により結晶成長させる。これにより、発光層部２４及び電流拡散層２０からなる化合物半導体層５０が形成される。
【００２８】
その後、ＧａＡｓ単結晶基板１１を硫酸系溶液で溶解して、化合物半導体層５０を単独で得る。ここで得られる化合物半導体層５０は、厚さが５０〜１５０μｍ程度と薄層の半導体ウェハである。
【００２９】
次に、以上により得られた半導体ウェハ（化合物半導体層５０）を素子化するため、上記本発明の方法を用いて、それぞれの主面５０ａ，５０ｂに電極９，３１を設ける。ここで、上記本発明の方法を用いることにより、薄く脆弱な半導体ウェハであっても、破損させることなく、容易に電極（金属パターン）を形成することが可能となる。また、一方の主面に電極を有した状態であっても、当該電極を保護する等の手間をかけずに、他方の主面に電極を形成することができる。
【００３０】
また、ＧａＡｓ基板１１を除去する前に上側主面５０ａに電極９を形成しておき、その後ＧａＡｓ基板１１を除去して、化合物半導体層５０が上側主面５０ａに電極９を有した状態で、上記本発明の方法を用いて、下側主面５０ｂに電極３１を形成するようにすることもできる。なお、この場合、最初に形成される電極９は、ＧａＡｓ基板１１を有した状態で形成されるので、従来のジェット流によるリフトオフ法やエッチングによるリソグラフィー法等によっても行うことができる。
【００３１】
化合物半導体層５０は、上側主面５０ａが光取出面とされ、電極９（ボンディングパッド）はその略中央にワイヤボンディング用として形成される。他方、下側主面５０ｂは設置面とされ、電極３１はその全体に分散形成される。電極３１は、ロウ材等を介して設置される際に接触抵抗を低減させるためのキャリア源合金成分を含有したものを選択することができる（例えば、ＡｕＧｅＮｉ）。また、下側主面５０ｂでは、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４に電極３１が直接形成されているが、その間にｎ型ＧａＰ等からなる補助層を設けておくこともできる。
【００３２】
以上により両主面５０ａ，５０ｂにそれぞれ電極９，３１が形成された化合物半導体層５０は、通常の方法によりダイシングされ、これを支持体に設置し、リード線のワイヤボンディング等を行った後、樹脂封止をすることにより最終的な発光素子が得られる。
【００３３】
以上、本発明の実施例を示したが、これはあくまで例示であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、当事者の知識に基づき種々の改良ないし変形を加えた態様でも実施可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の半導体素子の製造工程を表す図
【図２】図１に続く図
【図３】図２に続く図
【図４】金属パターンが形成された半導体ウェハを表す概略図
【図５】開口部内の構造を拡大した模式図
【図６】ＡｌＧａＩｎＰを用いた発光素子の製造工程を表す図
【符号の説明】
【００３５】
１    半導体ウェハ
２    半硬化レジストパターン
３    開口部
３ｂ  半導体ウェハの露出面
４    金属膜
４ｐ  パターン金属部
４ｓ  側壁金属部
４ｄ  不連続部
５    レジスト除去液
６ａ  剥離液
７ａ  気流
【図１】
2005317769.tif 000003
【図２】
2005317769.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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