(57)【要約】【課題】基板貫通孔のアスペクト比が大きい場合であっても、貫通孔の縁などで途切れることなく、裏面電極を適切に形成することができる半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、（１）基板１表面上に表面電極５を形成し、（２）基板１裏面上で表面電極５に対向する部位から基板１をエッチングすることにより、基板１を貫通して表面電極５に達する貫通孔７を形成し、（３）貫通孔７の側壁上に側壁チタン膜１０を形成し、（４）表面電極５に電気的に接続される裏面電極１３を基板１裏面上及び貫通孔７内に形成する工程を備える。  本発明の製造方法によると、被覆性の良い側壁チタン膜１０を貫通孔７の側壁上に形成し、その上に裏面電極１３を形成するので、基板貫通孔７のアスペクト比が大きい場合であっても、貫通孔の縁などで途切れることなく、裏面電極１３を適切に形成することができる。【選択図】図１
2005223097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）基板表面上に表面電極を形成し、（２）基板裏面上で表面電極に対向する部位から基板をエッチングすることにより、基板を貫通して表面電極に達する貫通孔を形成し、（３）貫通孔の側壁上に側壁チタン膜を形成し、（４）表面電極に電気的に接続される裏面電極を基板裏面上及び貫通孔内に形成する工程を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
（１）基板表面上に絶縁膜を介して表面電極を形成し、（２）基板裏面上で表面電極に対向する部位から基板をエッチングすることにより、基板を貫通して絶縁膜に達する貫通孔を形成し、（３）貫通孔の側壁上に側壁チタン膜を形成し、（４）貫通孔を通って絶縁膜をエッチングすることにより、表面電極を基板裏面側に露出させ、（５）側壁チタン膜の表面を酸化させることにより、酸化チタン膜を形成し、（６）表面電極に電気的に接続される裏面電極を基板裏面上及び貫通孔内に形成する工程を備える半導体装置の製造方法。
【請求項３】
工程（３）は、基板裏面上及び貫通孔内にチタン膜を形成し、基板裏面からリアクティブイオンエッチング法によりチタン膜をエッチングすることにより、貫通孔の側壁上に側壁チタン膜を形成する工程である請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
工程（５）は、Ｏ2プラズマを用いて側壁チタン膜の表面を酸化させることにより、酸化チタン膜を形成する工程である請求項２に記載の製造方法。
【請求項５】
貫通孔を有する基板と、貫通孔に対向する開口を有するように基板上に形成された絶縁膜と、開口を塞ぐように絶縁膜上に形成された表面電極と、貫通孔の側壁上に形成された側壁チタン膜と、側壁チタン膜上に形成された酸化チタン膜と、基板裏面上及び貫通孔内に形成された裏面電極とを備え、裏面電極は、表面電極に電気的に接続される半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。本発明の半導体装置の製造方法は、基板に形成された貫通孔を介して電気的に接続される表面及び裏面電極を備える化合物半導体装置の製造に好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
携帯情報端末、特に携帯電話等では高周波、高出力で動作するトランジスタなどの半導体装置が不可欠である。係る半導体装置には、一般に、化合物半導体装置が用いられる。化合物半導体装置では、グランドインダクタンス低減及び装置動作時の放熱特性向上を目的として、基板を貫通する貫通孔を通って表面及び裏面電極を電気的に接続する構造が採用されている。
【０００３】
図５は、従来の半導体装置の製造方法における貫通孔の形成工程を示す（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
まず、基板５１表面上に表面電極５３を形成し、図５（ａ）に示す構造を得る。表面電極５３は、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などのエミッタ電極（図示せず）などに電気的に接続されている。
【０００５】
次に、基板５１裏面上で表面電極５３に対向する部位から基板をリアクティブイオンエッチング法（ＲＩＥ法）によりエッチングすることにより、基板５１を貫通する貫通孔５２を形成し、図５（ｂ）に示す構造を得る。
【０００６】
次に、基板５１裏面上及び貫通孔５２内に気相成長法により酸化シリコン膜からなる絶縁膜５４を形成し、図５（ｃ）に示す構造を得る。
【０００７】
次に、基板５１裏面からＲＩＥ法により絶縁膜５４をエッチングすることにより、貫通孔５２の側壁上に側壁絶縁膜５５を形成し、図５（ｄ）に示す構造を得る。
【０００８】
次に、表面電極５３に電気的に接続される裏面電極５７を基板５１裏面上及び貫通孔５２内に形成し、図５（ｅ）に示す構造を得る。この方法で形成した側壁絶縁膜５５は、丸みを帯びた形状を有しており、この側壁絶縁膜５５上に裏面電極５７を形成しているので、裏面電極５７が貫通孔の縁などで途切れることなく、適切に形成される。
【特許文献１】特開平１−２９３６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の方法では、貫通孔５２のアスペクト比が大きくなると、貫通孔の奥まで絶縁膜５４を適切に形成することが困難になる。従って、丸みを帯びた側壁絶縁膜５５を適切に形成することが困難になり、さらに裏面電極５７を適切に形成することが困難になる。
【００１０】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、基板貫通孔のアスペクト比が大きい場合であっても、貫通孔の縁などで途切れることなく、裏面電極を適切に形成することができる半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、（１）基板表面上に表面電極を形成し、（２）基板裏面上で表面電極に対向する部位から基板をエッチングすることにより、基板を貫通して表面電極に達する貫通孔を形成し、（３）貫通孔の側壁上に側壁チタン膜を形成し、（４）表面電極に電気的に接続される裏面電極を基板裏面上及び貫通孔内に形成する工程を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の製造方法によると、被覆性の良い側壁チタン膜を貫通孔の側壁上に形成し、その上に裏面電極を形成するので、基板貫通孔のアスペクト比が大きい場合であっても、貫通孔の縁などで途切れることなく、裏面電極を適切に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】
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、（１）基板表面上に表面電極を形成し、（２）基板裏面上で表面電極に対向する部位から基板をエッチングすることにより、基板を貫通して表面電極に達する貫通孔を形成し、（３）貫通孔の側壁上に側壁チタン膜を形成し、（４）表面電極に電気的に接続される裏面電極を基板裏面上及び貫通孔内に形成する工程を備える。
【００１４】
まず、上記工程（１）、すなわち、基板表面上に表面電極を形成する工程について説明する。
【００１５】
基板には、例えば、Ｓｉ、又はＧｅなどの元素半導体基板、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＺｎＯ、又はＺｎＳｅなどの化合物半導体基板などを用いることができる。基板は、単結晶であっても、多結晶であってもよい。
【００１６】
基板には、後工程で貫通孔内に形成するチタン膜に対して密着性の良い基板を用いることが好ましく、例えば、ＧａＡｓ基板を用いることができる。
【００１７】
表面電極は、チタン、白金、又は金などの導電材料を用いて形成することができる。表面電極は、メッキ法又は蒸着法などにより形成することができる。表面電極は、すでに基板上に形成されている半導体装置（より詳しくは、半導体装置の何れかの電極）に電気的に接続されるように形成することができる。また、表面電極を形成した後に、基板上に半導体装置を形成し、表面電極と半導体装置とを電気的に接続するようにしてもよい。半導体装置は、ＨＢＴ、ＭＥＳＦＥＴ、又はＨＥＭＴなどからなる。半導体装置が表面電極に接続され、表面電極が後述するように、基板裏面電極に電気的に接続されているので、半導体装置のグランドインダクタンスを低下させることができ、半導体装置の特性を向上させることができる。また、半導体装置、表面電極、及び裏面電極が熱伝導性の高い材料により接続されている場合には、半導体装置で発生した熱が速やかに裏面電極に移動するので、半導体装置の安定動作を確保することができる
【００１８】
また、工程（１）は、基板表面上に絶縁膜を介して表面電極を形成する工程であることが好ましい。
【００１９】
絶縁膜は、基板に貫通孔を形成する工程において、エッチングストッパ膜として用いることができる。また、絶縁膜により、表面電極と基板とを絶縁することができる。
【００２０】
絶縁膜には、窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜などの無機絶縁膜などを用いることができる。絶縁膜は、表面電極の直下の基板表面上の領域のみに形成されていてよく、基板表面上の全体に形成されていてもよい。
【００２１】
次に、上記工程（２）、すなわち、基板裏面上で表面電極に対向する部位から基板をエッチングすることにより、基板を貫通して表面電極に達する貫通孔を形成する工程について説明する。
【００２２】
「表面電極に対向する基板裏面上の部位」には、本発明の方法により基板に貫通孔を形成することができる基板裏面上の部位が含まれる。すなわち、上記基板裏面上の部位には、表面電極の直下に対応する基板裏面上の部位のみでなく、本発明の目的を達成できる範囲で表面電極の直下からずれている基板裏面上の部位も含まれる。
【００２３】
「エッチング」は、ドライエッチング、ウェットエッチング、又はこれらの組合せからなる。ドライエッチングは、ＲＩＥ法などにより行うことができる。ウェットエッチングは、クエン酸などの有機酸、リン酸若しくは硫酸などの無機酸と、過酸化水素水との混合液などを用いて行うことができる。また、ウェットエッチングは、アンモニア水溶液と過酸化水素水との混合液などを用いて行ってもよい。
【００２４】
また、絶縁膜を介して表面電極が基板上に形成されている場合には、絶縁膜をエッチングストッパ膜として用いて、基板をエッチングすることが好ましい。エッチングにより、基板を貫通して絶縁膜に達する貫通孔が形成される。この場合、エッチング工程の条件設定のマージンを大きくすることができ、加工品質を向上させることができる。また、この場合、ウェットエッチングの際に、表面電極にサイドエッチが発生するのを防止することができる。この場合、本工程は、例えば、（ａ）基板裏面上で表面電極に対向する部位から基板をドライエッチングすることにより所定の深さの凹部を形成し、（ｂ）絶縁膜をエッチングストッパ膜として、凹部を通って基板をウェットエッチングすることにより基板を貫通する貫通孔を形成する工程を備える方法により実施することができる。
【００２５】
次に、上記工程（３）、すなわち、貫通孔の側壁上に側壁チタン膜を形成する工程について説明する。
【００２６】
この工程は、例えば、基板裏面上及び貫通孔内にチタン膜を形成し、基板裏面からＲＩＥ法などによりチタン膜をエッチングすることにより、貫通孔の側壁上に側壁チタン膜を形成する工程を備える方法により実施することができる。
チタン膜は、スパッタ法などにより形成することができる。
【００２７】
工程（３）の後に、側壁チタン膜の表面を酸化させることにより、酸化チタン膜を形成する工程（チタン膜酸化工程）を備えることが好ましい。
【００２８】
酸化チタン膜は、Ｏ２プラズマを用いて側壁チタン膜の表面を酸化させることにより形成することができる。また、側壁チタン膜を酸素が存在する雰囲気下で放置することにより、自然酸化により、側壁チタン膜の表面に酸化チタン膜を形成することができる。酸化チタン膜を確実に形成するために、Ｏ2プラズマを用いることが好ましい。
【００２９】
側壁チタン膜の表面に酸化チタン膜を形成し、その上に裏面電極を形成すると、後述する裏面電極は、少なくとも貫通孔の内部では基板と絶縁される。また、絶縁膜を介して表面電極が基板上に形成されている場合、表面電極も基板と絶縁されている。すなわち、本発明によると、貫通孔を有する基板と、貫通孔に対向する開口を有するように基板上に形成された絶縁膜と、開口を塞ぐように絶縁膜上に形成された表面電極と、貫通孔の側壁上に形成された側壁チタン膜と、側壁チタン膜上に形成された酸化チタン膜と、基板裏面上及び貫通孔内に形成された裏面電極とを備え、裏面電極は、表面電極に電気的に接続される半導体装置が提供される。この場合、表面電極及び裏面電極は、基板裏面以外では基板と絶縁されているため、基板表面を流れるリーク電流を減少させることができる。「開口を塞ぐ」には、本発明の目的を達成できる範囲であれば、開口の一部を塞ぐ場合も含まれる。
【００３０】
本発明の方法では、まず、側壁チタン膜を貫通孔側壁上に形成し、側壁チタン膜の表面を酸化させることにより絶縁膜を形成するため、貫通孔のアスペクト比が大きい場合であっても、適切に絶縁膜を形成することができ、確実に基板表面近傍を流れるリーク電流を減少させることができる。
【００３１】
絶縁膜を介して表面電極が基板上に形成されている場合、工程（２）と（４）の間に、貫通孔を通って絶縁膜をエッチングすることにより、表面電極を基板裏面側に露出させる工程（絶縁膜エッチング工程）が必要である。表面電極にサイドエッチが発生するのを防止するために、エッチングは、ドライエッチングにより行うことが好ましい。ドライエッチングは、ＲＩＥ法などにより行うことができる。絶縁膜エッチング工程は、チタン膜酸化工程の前に行うことが好ましい。チタン膜酸化工程の後に行うと、チタン膜酸化工程で形成した酸化チタン膜がエッチングにより除去される場合があるからである。また、絶縁膜エッチング工程は、工程（３）の後に行うことが好ましい。工程（３）の前に行うと、工程（３）でチタン膜のエッチングを行う場合に、表面電極にダメージを与える場合があるからである。また、工程（３）でチタン膜のエッチングを行う場合、そのエッチングに次いで、絶縁膜エッチング工程のエッチングを行うことができ、効率的だからである。
【００３２】
次に、上記工程（４）、すなわち、表面電極に電気的に接続される裏面電極を基板裏面上及び貫通孔内に形成する工程について説明する。
【００３３】
「基板裏面上」には、基板裏面上の一部も含まれる。
裏面電極は、例えば、チタン、白金、又は金などの導電材料を用いて形成することができる。裏面電極は、メッキ法又は蒸着法などにより形成することができる。裏面電極は、表面電極と同じ材料で形成されてもよく、異なる材料で形成されてもよい。
【実施例１】
【００３４】
図１は、実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。以下、図１を用いて、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。
【００３５】
まず、ＧａＡｓからなる基板１表面上に表面電極５を形成し、図１（ａ）に示す構造を得る。表面電極５は、基板１表面上に形成されたＨＢＴ、ＭＥＳＦＥＴ、又はＨＥＭＴなどの半導体装置（図示せず）のグラウンド電極に電気的に接続されている。また、表面電極５は、レジストマスクを利用してメッキ法（メッキ給電メタル＋メッキ）あるいは蒸着法により形成される。
【００３６】
次に、基板１裏面上で表面電極５に対向する部位から基板１をエッチングすることにより、基板１を貫通する貫通孔７を形成し、図１（ｂ）に示す構造を得る。この工程は、ドライエッチング（ＣＬ２、ＢＣＬ３ガス使用）により行うことができる。
【００３７】
次に、基板１裏面上及び貫通孔７内にスパッタ法によりチタン膜８を形成し、図１（ｃ）に示す構造を得る。
【００３８】
次に、基板１裏面からＲＩＥ法によりチタン膜８をエッチングすることにより、貫通孔７の側壁上に側壁チタン膜１０を形成し、図１（ｄ）に示す構造を得る。
【００３９】
なお、貫通孔側壁の側壁膜は、気相成長法により形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）やシリコンナイトライド膜（ＳｉＮ）等の絶縁膜をエッチングすることにより形成することも可能である。しかし、気相成長法により形成された絶縁膜は、被覆性が良くないので、貫通孔のアスペクト比が大きい場合は、貫通孔の奥までの絶縁膜が形成されない場合があるという欠点がある。一方、チタン膜はＧａＡｓ基板との密着性も良く、かつスパッタ法を用いることにより深さ約１００μｍ程度の貫通孔であっても段切れ等の問題のない非常に被覆性に優れた膜を形成することができるという利点がある。
【００４０】
次に、表面電極５に電気的に接続されるように、基板１裏面上及び貫通孔７内に、裏面電極１３を形成し、図１（ｅ）に示す構造を得る。具体的には、基板１裏面より全面にメッキ用給電メタルとしてＴｉ−Ａｕ等をスパッタ法あるいは蒸着法により形成した後、Ａｕメッキを施して裏面電極１３を形成する。
【実施例２】
【００４１】
図２及び図３は、実施例２に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。以下、図２及び図３を用いて、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、ＧａＡｓからなる基板１表面上に、窒化シリコン膜からなる絶縁膜３を介して表面電極５を形成し、図２（ａ）に示す構造を得る。表面電極５は、基板１表面上に形成されたＨＢＴ、ＭＥＳＦＥＴ、又はＨＥＭＴなどの半導体装置（図示せず）のグラウンド電極に電気的に接続されている。また、表面電極５は、レジストマスクを利用してメッキ法（メッキ給電メタル＋メッキ）あるいは蒸着法により形成される。
【００４３】
次に、絶縁膜３をエッチングストッパ膜として、基板１裏面上で表面電極５に対向する部位から基板１をエッチングすることにより、基板１を貫通する貫通孔７を形成し、図２（ｂ）に示す構造を得る。この工程は、例えば、１００μｍ厚のＧａＡｓ基板において９０〜９５μｍ設定でドライエッチ（ＣＬ２、ＢＣＬ３ガス使用）を行ったのち十分にマージンを考慮し、ウェットエッチング（１０μｍ以上設定）を行うことにより実施する。ウェットエッチングには、有機酸（クエン酸）又は無機酸（燐酸、硫酸）水溶液と過酸化水素水との混合液を用いることができる。
【００４４】
次に、基板１裏面上及び貫通孔７内にスパッタ法によりチタン膜８を形成し、図２（ｃ）に示す構造を得る。
【００４５】
次に、基板１裏面からＲＩＥ法によりチタン膜８をエッチングすることにより、貫通孔７の側壁上に側壁チタン膜１０を形成し、図２（ｄ）に示す構造を得る。さらに、絶縁膜３をＲＩＥ法によりエッチングし、図３（ｅ）に示す構造を得る。
【００４６】
次に、側壁チタン膜１０の表面を酸化させることにより、絶縁膜である酸化チタン膜１２を形成し、図３（ｆ）に示す構造を得る。側壁チタン膜１０は、容易に自然酸化され、この自然酸化膜をさらに安定化させるために、自然酸化膜にＯ2プラズマ処理を施し、酸化チタン膜１２を得る。ここで側壁チタン膜１０表面上に形成される酸化チタン膜１２の膜厚は、ほぼ２０ｎｍ程度である。
【００４７】
次に、表面電極５に電気的に接続されるように、基板１裏面上及び貫通孔７内に、裏面電極１３を形成し、図３（ｇ）に示す構造を得る。具体的には、基板１裏面より全面にメッキ用給電メタルとしてＴｉ−Ａｕ等をスパッタ法あるいは蒸着法により形成した後、Ａｕメッキを施して裏面電極１３を形成する。
【００４８】
本実施例の製造方法により得られる半導体装置においては、表面電極５下部及び貫通孔７側面の何れの場所においても電極５、１３が基板と接触することがないため、素子内の別（グランド以外）のボンデイングパッド電極あるいは配線メタル等が基板１と接触したとしても、基板１表面近傍を流れるリーク電流の問題は発生しない。
【００４９】
次に、本実施例の方法により形成した絶縁膜を貫通孔の側壁上に有するダイオードと、従来の気相成長法により形成した絶縁膜を貫通孔の側壁上に有するダイオードとについて、リーク電流の大きさの比較を行った。その結果を図４に示す。符号２１は、本実施例の方法についての結果を示し、符号２３は、従来の方法についての結果を示す。図４から明らかなように、従来の方法では、ダイオードに逆電圧がかかったときに、数百ｎＡ程度の基板リーク電流が発生していたが、本発明プロセスではリーク電流の発生を完全に防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例２の方法により形成した貫通孔の絶縁膜を有するダイオードと、従来の気相成長法により形成した貫通孔の絶縁膜を有するダイオードとについて、リーク電流の大きさの比較を示すグラフである。
【図５】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１、５１  基板
３  絶縁膜
５、５３  表面電極
７、５２  貫通孔
８  チタン膜
１０  側壁チタン膜
１２  酸化チタン膜
１３、５７  裏面電極
２１  本発明の実施例１の方法についての結果
２３  従来の方法についての結果
５４  絶縁膜
５５  側壁絶縁膜
【図１】
2005223097.tif 000003
【図２】
2005223097.tif 000004
【図３】
2005223097.tif 000005
【図４】
2005223097.tif 000006
【図５】
2005223097.tif 000007