(57)【要約】      （修正有）【課題】バイアホール内に形成した裏面電極と隣接半導体素子の電極との間のリーク電極をイオン注入法により低減する半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】バイアホール形成予定領域の能動層２表面の一部をエッチング除去し、バイアホール形成予定領域に能動層表面からほぼ一定の深さに不純物イオンを注入する。表面電極６を形成した後、バイアホール７を形成する。その結果、深いイオン注入領域９で取り囲まれたバイアホールを形成することができる。その後、裏面電極を形成する。【選択図】図１
2005327956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の表面電極と、前記半導体基板を貫通するバイアホールと、該バイアホールを介して前記表面電極と接続する裏面電極とを備えた半導体装置において、
絶縁領域上の能動層に形成した半導体素子と、該半導体素子形成領域を電気的に絶縁する分離領域と、該分離領域内に形成した前記バイアホールとを備え、
前記バイアホール形成予定領域の前記能動層は表面が凹状に除去され、
前記分離領域は、前記能動層表面から略同一の深さのイオン注入領域からなり、かつ少なくとも前記バイアホールを取り囲む部分は、前記凹状の能動層表面から前記略一定の深さで、前記半導体素子と隣接する部分より深くまで達していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板上の表面電極と、前記半導体基板を貫通するバイアホールと、該バイアホールを介して前記表面電極と接続する裏面電極とを備えた半導体装置の製造方法において、
絶縁性あるいは半絶縁性基板表面に能動層が積層した基板を用意する工程と、
前記能動層上に半導体素子を形成する工程と、
前記バイアホール形成予定領域の前記能動層表面の一部をエッチング除去する工程と、
前記バイアホール形成予定領域に不純物イオンを注入し、前記能動層表面から略同一の深さのイオン注入領域を形成し、前記半導体素子形成領域と前記バイアホール形成予定領域とを電気的に分離する分離領域を形成する工程と、
前記バイアホール形成予定領域上に前記表面電極を形成する工程と、
前記半導体基板裏面から、前記表面電極に達し、かつ前記一部をエッチング除去した能動層表面から不純物イオンを注入して形成したイオン注入領域により取り囲まれるようにバイアホールを形成する工程と、
前記半導体基板裏面に、前記バイアホールを介して前記表面電極に接続する裏面電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、半導体装置表面に形成した電極と裏面に形成した電極とをバイアホールを介して接続する構造の半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置において、半導体基板表面に形成した表面電極を裏面から引き出す場合、半導体基板を貫通するバイアホールを介して裏面電極に接続する（例えば、特許文献１）。図２にバイアホールを備えた半導体装置の一例を示す。図２において、１はガリウム砒素半絶縁性基板等からなる半導体基板、２は能動層、３は能動層に形成された半導体素子の電極、４は能動層２に不純物イオンを注入し、高抵抗化した分離領域となるイオン注入領域、５は半導体装置表面を覆う窒化膜等からなる絶縁膜、６は表面電極、７は半導体基板１及び能動層２の一部を除去し、表面電極６の一部を露出するバイアホール、８はバイアホール６を介して表面電極６に接続する裏面電極である。
【０００３】
このような構造の半導体装置は、次のように形成する。まず、能動層２上に半導体素子の電極３を形成した後、素子分離のため、バイアホール形成予定領域を含む領域に不純物イオンを注入し、高抵抗化したイオン注入領域４を形成する。表面保護のため、全面を絶縁膜５で被覆する。その後、バイアホール形成予定領域の絶縁膜５の一部を除去し、能動層２の一部を露出する。表面電極６を形成した後、半導体基板１の裏面側からエッチングを行い、バイアホール７を形成する。その後、裏面電極８を形成する。
【特許文献１】特開平５−９５０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように形成される半導体装置は、バイアホール７に近接する半導体素子との素子分離をイオン注入により行うため、能動層２が厚い場合、表面から深い領域で、キャリアの不活性化が十分できない場合があり、表面から深い領域に抵抗が低い領域が残ってしまう場合があった。その結果、バイアホール７内に形成した裏面電極８と近接する半導体素子の電極３との間でリーク電流が発生するという問題があった。表面より深い領域を高抵抗化するためには、不純物イオンの注入量を増やす必要があるが、注入量を多くすると、表面に近い領域でホッピング伝導によるリーク電流が増えてしまい、リーク電流の低減を図ることができない。そのため、表面のリーク電流を低減するためのイオン注入を追加する必要があり、製造工程が長くなるという問題があった。
【０００５】
また、リーク電流の発生を防ぐためには、イオン注入法の代わりに、能動層を全て除去する方法もあるが、上述のように能動層２が厚い場合、能動層２を全て除去すると段差が大きくなり、表面電極６を形成する際、フォトリソグラフ工程でのフォーカスずれや電極金属の段間切れが発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑み、バイアホール内に形成した裏面電極と隣接する半導体素子の電極との間のリーク電極を、イオン注入法により簡便に低減することができる半導体装置及びそ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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、半導体基板上の表面電極と、前記半導体基板を貫通するバイアホールと、該バイアホールを介して前記表面電極と接続する裏面電極とを備えた半導体装置において、絶縁領域上の能動層に形成した半導体素子と、該半導体素子形成領域を電気的に絶縁する分離領域と、該分離領域内に形成した前記バイアホールとを備え、前記バイアホール形成予定領域の前記能動層は表面が凹状に除去され、前記分離領域は、前記能動層表面から略同一の深さのイオン注入領域からなり、かつ少なくとも前記バイアホールを取り囲む部分は、前記凹状の能動層表面から前記略一定の深さで、前記半導体素子と隣接する部分より深くまで達していることを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項２に係る発明は、半導体基板上の表面電極と、前記半導体基板を貫通するバイアホールと、該バイアホールを介して前記表面電極と接続する裏面電極とを備えた半導体装置の製造方法において、絶縁性あるいは半絶縁性基板表面に能動層が積層した基板を用意する工程と、前記能動層上に半導体素子を形成する工程と、前記バイアホール形成予定領域の前記能動層表面の一部をエッチング除去する工程と、前記バイアホール形成予定領域に不純物イオンを注入し、前記能動層表面から略同一の深さのイオン注入領域を形成し、前記半導体素子形成領域と前記バイアホール形成予定領域とを電気的に分離する分離領域を形成する工程と、前記バイアホール形成予定領域上に前記表面電極を形成する工程と、前記半導体基板裏面から、前記表面電極に達し、かつ前記一部をエッチング除去した能動層表面から不純物イオンを注入して形成したイオン注入領域により取り囲まれるようにバイアホールを形成する工程と、前記半導体基板裏面に、前記バイアホールを介して前記表面電極に接続する裏面電極を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置は、バイアホールを取り囲むように形成した深いイオン注入領域９を備えることにより、裏面電極と近接する半導体素子の電極との間のリーク電流を抑制できる。またイオン注入領域からなる分離領域は、十分な絶縁特性を有するため、バイアホール７に近接して半導体素子を形成することができるため、半導体装置の小型化にも効果がある。
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法は、エッチングにより能動層２表面に形成する凹部の段差は、能動層２を全て除去する場合と較べて小さくすることができ、段差部に形成する表面電極６の段間切れやフォトリソグラフ工程でのフォーカスずれ等の不具合を回避することができる。更に表面より深い領域を高抵抗化するために、不純物イオンの注入量を増やす必要がないので、表面に近い領域でのリーク電流の発生もなく、歩留まり良く、簡便に半導体装置を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明について、図１に示す半導体装置を例にとり、その製造工程と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の半導体装置の実施例を示す。図１において、１はガリウム砒素（ＧａＡｓ）等からなる絶縁性あるいは半絶縁性の半導体基板、２は能動層、３は能動層に形成された半導体素子の電極、４は能動層２に不純物イオンを注入し、高抵抗化した分離領域となるイオン注入領域、５は半導体装置表面を覆う窒化膜等からなる絶縁膜、６は表面電極、７は半導体基板１及び能動層２の一部を除去し、表面電極６の一部を露出するバイアホール、８はバイアホール６を介して表面電極６に接続する裏面電極、９はイオン注入領域４の一部の深いイオン注入領域である。本発明の半導体装置は、図２に示す従来例と異なり、能動層２の一部が除去され、深いイオン注入領域９を備えていることがわかる。
【００１３】
次に製造方法について説明する。まず、ＧａＡｓ半絶縁性基板等からなる半導体基板１上に、ＧａＡｓ等からなる能動層２がエピタキシャル成長した基板を用意する。通常の半導体装置の製造工程に従い、能動層２上に電界効果トランジスタやヘテロ接合バイポーラトランジスタ等の半導体素子を形成する。この半導体素子の電極３の近傍に、バイアホールが形成されることになる。
【００１４】
バイアホール形成予定領域の能動層２の一部を、凹状にエッチング除去する。この際、エッチングにより形成する段差は、後工程のフォトリソグラフ法に影響を与えることのない高さであり、かつエッチング除去されず残る能動層２を、不純物イオンの注入により低抵抗の部分を残さず、高抵抗化することができる厚さとなるように設定する。
【００１５】
次に凹状にエッチングした能動層２を含むバイアホール形成予定領域に、不純物イオンを注入する。能動層２が厚さ１．２μｍ程度のＧａＡｓの場合、ボロンイオンを加速エネルギー２００ｋｅＶ、注入量５×１０12ａｔｏｍ・ｃｍ-2の条件でイオン注入し、高抵抗化することにより、イオン注入領域４を形成する。ここで、イオン注入領域４は、従来例で説明したエッチングしない能動層２表面から不純物イオンを注入して形成したイオン注入領域４と同時に、一部をエッチングした能動層２表面から不純物イオンを注入して形成した深いイオン注入領域９が同時に形成することになる。
【００１６】
次に、プラズマＣＶＤ法により形成する厚さ２００ｎｍの窒化膜等からなる絶縁膜４で、表面被覆する。表面電極を形成するため、絶縁膜５の一部をエッチングし、高抵抗化した能動層２表面を露出する。表面電極６を形成する。表面電極６の形成は、フォトレジストをパターニングした後、Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）からなる積層金属膜を蒸着し、リフトオフにより形成することができる。
【００１７】
半導体基板１の裏面を１００μｍ程度まで薄くした後、半導体基板１の裏面から半導体基板１及び能動層２をエッチングし、表面電極６の一部を露出するバイオホール７を形成する。ここでバイアホール７は、先に形成した深いイオン注入領域９がその周囲を取り囲む構造となるように形成する。半導体基板１の裏面から、裏面電極８を形成する。裏面電極８の形成は、スパッタリング法及びメッキ法によりＴｉ（１００ｎｍ）／Ａｕ（２０００ｎｍ）の積層膜により形成することができる。
【００１８】
このように深いイオン注入領域９がバイアホール７の周囲を取り囲むため、裏面電極８と隣接する半導体素子の電極３とを電気的に分離することができ、絶縁性あるいは半絶縁性の半導体基板の抵抗率に依存する電流を除き、リーク電流を低減することが可能となる。
【００１９】
本発明では、バイアホールから１０μｍ程度離れた領域に半導体素子の電極３を配置した場合であっても、半導体装置の特性劣化を引き起こすようなリーク電流の発生は確認されず、優れた特性の半導体装置を形成することができた。
【００２０】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは言うまでもなく、たとえば、イオン注入を行う能動層は、複数の半導体層が積層した構造であっても良いし、イオン注入領域４を形成するための不純物イオンの注入を多数回に分けて行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図２】従来のこの種の半導体装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００２２】
１：半導体基板、２：能動層、３：電極、４：イオン注入領域、５：絶縁膜、６：表面電極、７：バイアホール、８：裏面電極、９：深いイオン注入領域
【図１】
2005327956.tif 000003
【図２】
2005327956.tif 000004