(57)【要約】【課題】必要とする加工温度が高いＳｉＣウエハでもエッチング速度を早くすることができ、しかもＳｉＣウエハを極度に薄板化せずにバイアホールの断面を側壁が垂直な矩形状に加工でき、ウエハのハンドリングが容易な化合物半導体の製造方法を得る。【解決手段】化合物半導体素子が形成されたＳｉＣウエハ１の表面側と、このＳｉＣウエハを保持する支持基板２とを、軟化温度が２００℃を超える接着材３により接着した後、上記ＳｉＣウエハの裏面側から弗素を含むエッチングガスを用いてドライエッチングによりバイアホール６を形成する工程を含むようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体素子が形成されたＳｉＣウエハの表面側と、このＳｉＣウエハを保持する支持基板とを、軟化温度が２００℃を超える接着材により接着した後、上記ＳｉＣウエハの裏面側から弗素を含むエッチングガスを用いてドライエッチングによりバイアホールを形成する工程を含むことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
上記バイアホールを形成する工程の後、上記支持基板を除去し、上記接着材を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
上記接着材は、上記ＳｉＣウエハの表面側と上記支持基板の何れか一方に第１の物質を塗布し、上記ＳｉＣウエハの表面側と上記支持基板の何れか他方に第２の物質を塗布し、これらＳｉＣウエハと支持基板の塗布面を互いに貼り合わせることにより上記第１の物質と上記第２の物質を化合させて生成するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
上記第１の物質は、アクリル系樹脂と架橋剤を主成分とするネガレジストからなり、上記第２の物質は、テルペン系樹脂、及び酢酸ビニル系樹脂を含むワックスからなるものであることを特徴とする請求項３に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
上記支持基板は、上記ドライエッチング時に上記ＳｉＣウエハに対してエッチングされ難い選択性を有し、かつ、酸、アルカリ溶液又は有機系溶剤に溶解する材料からなることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
上記ドライエッチングによりバイアホールを形成する工程において、ＩＣＰ又はＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を用い、該プラズマエッチング装置のステージ温度を約５０〜２００℃、さらに好ましくは約１００〜２００℃でエッチングを行うようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の化合物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に化合物半導体による高周波用トランジスタまたはＩＣ（ＭＭＩＣ；Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの製造に好ましく用いることができる化合物半導体素子の製造方法に関し、さらに詳細には放熱特性を大きく左右するバイアホール形成方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の化合物半導体素子の製造方法として、感光性ポリイミドマスクを用い、ドライエッチングによりバイアホールを形成した後、感光性ポリイミドマスクを除去し、バイアホール内から基板表面のＭＭＩＣ素子近傍に延在する金配線を被着し、次いで感光性ポリイミド樹脂によりバイアホール内を埋め込むと共に基板表面をカバーした後、ガラス、サファイア等の支持基板上に、素子が形成された化合物半導体基板の表面側を高軟化点ワックス（プルーフワックス、軟化点１５０℃）で貼り付け、化合物半導体基板の裏面を薄層化処理するものがある（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７７０６号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来技術において用いられるワックスは軟化温度が低いものであった。このため、例えばＳｉＣのように、必要とする好適な加工温度が高い材料からなるウエハを支持基板にワックスで接着し、プラズマエッチングでバイアホールを形成しようとすると、例えば軟化温度が１００℃のワックスを用いた場合、プラズマエッチング時のステージ温度を約８０℃以下とするような制限が設けられていた。このため、エッチング中のステージ温度をプラズマによる輻射温度上昇も加味して５０℃以下程度（エッチング中は８０℃まで上昇）の低い温度に設定しなければならないという制約があった。このためエッチング速度が遅く、また、加工が深くなると先細りのバイアホール形状しか得ることが出来ないため、これを改善するためにはＳｉＣウエハを例えば数十μｍまで薄板化する必要があった。また、薄板化するとウエハハンドリングの困難性が増すという課題もあった。
【０００５】
この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、ＳｉＣのように必要とする加工温度が高いウエハに対してもエッチング速度を早くすることができ、しかもＳｉＣウエハを極度に薄板化せずにバイアホールの断面を側壁が垂直な矩形状に加工でき、ウエハのハンドリングが容易な化合物半導体素子の製造方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明における化合物半導体素子の製造方法は、化合物半導体素子が形成されたＳｉＣウエハの表面側と、このＳｉＣウエハを保持する支持基板とを、軟化温度が２００℃を超える接着材により接着した後、上記ＳｉＣウエハの裏面側から弗素を含むエッチングガスを用いてドライエッチングによりバイアホールを形成する工程を含むようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明においては、ウエハと支持基板とを軟化温度が２００℃を超える接着材により接着するようにしたことにより、軟化温度の制限を実質的に考慮する必要がないため、高温にてエッチングすることが可能である。従ってエッチング速度の高速化、バイアホール側壁の垂直性を改善することができる。また、バイアホール形状の改善により放熱特性の改善も期待できる。さらに、薄板化（薄層化）に要する研削費用の削減が可能となり、ウエハハンドリングも容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る化合物半導体素子の製造方法におけるバイアホール加工過程を模式的に説明する断面図であり、（ａ）〜（ｅ）はその製造プロセスフローを示している。図において、１は化合物半導体の基板材料としての単結晶ＳｉＣからなるＳｉＣウエハ、２はＳｉＣウエハ１を保持するためのＧａＡｓウエハからなる支持基板、３はＳｉＣウエハ１と支持基板２とを接着する接着材、４はＳｉＣウエハ１の表面（図の下側）所定部に蒸着された金（Ａｕ）からなる電極、５はＳｉＣウエハ１の裏面側所定部に設けられたＮｉ層、６はバイアホール、６ａはバイアホール６の側壁を示す。なお、上記接着材３は、この実施の形態１では、何れも図示省略しているアクリル系樹脂と架橋剤を主成分とするネガレジストからなる第１の物質と、テルペン系樹脂、及び酢酸ビニル系樹脂を主成分とし、トルエンなどの溶媒に溶解されたワックスからなる第２の物質とを反応させることによって形成される。
【０００９】
次に、化合物半導体素子の製造方法の要部について具体的に説明する。ＳｉＣウエハ１の表面上に公知の方法で、例えばＧａＮなど窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料からなるＭＭＩＣなど多層構造の多数の化合物半導体素子（図示省略）を形成し、バイアホールを形成しようとする所定位置に図示省略している化合物半導体素子の電極部に跨るようにＡｕからなる電極４を蒸着する。その後、ＳｉＣウエハ１の表面側全体に、約１０μｍ厚の上記ネガレジストからなる第１の物質（図示省略）を塗布する一方、別途用意されたＧａＡｓウエハからなる支持基板２に上記ワックスからなる約４０μｍ厚の第２の物質（図示省略）を塗布し、ＳｉＣウエハ１の第１の物質を塗布した面と支持基板２の第２の物質を塗布した面とを貼り合わせる。
【００１０】
次に、上記のようにＳｉＣウエハ１と支持基板２を貼り合せたものを３０Ｐａの図示省略している真空チャンバー内に収容し、１４５℃に加熱しながら付属されている押圧装置により大気圧で押さえつけてＳｉＣウエハ１と支持基板２間の気泡を除去する。次にＳｉＣウエハ１と支持基板２を貼り合せたものを２３０℃に加熱し、第１の物質（ネガレジスト）と第２の物質（ワックス）とを化合させることによって接着材３を形成する。このときの化合物半導体ウエハ断面は図１（ａ）に相当する。上記のように形成された接着材３は、例えば２００℃の高温でも軟化することがなく、ＳｉＣウエハ１の表面に形成された化合物半導体素子や電極４を好ましく保護する一方、ＳｉＣウエハ１を支持基板２に対して確実に保持する。また、上記減圧下で熱処理されていることによって、後工程のプラズマエッチング処理時に招来する接着材３からの脱ガスを低減することができる。
【００１１】
次に、ＳｉＣウエハ１の裏面を公知の例えばダイヤモンド砥粒を用いて研削し、ＳｉＣウエハ１の厚さを１５０μｍ厚程度以下（１００〜１５０μｍ）にする。図１（ｂ）は該工程によってＳｉＣウエハ１を薄板化した状態を示す。なお、ＳｉＣウエハ１の厚さを１５０μｍ厚程度以下にするのは、ＳｉＣウエハ上にＧａＮ系材料からなる化合物半導体素子を作製した場合、１５０μｍ以下では通電時の放熱に対する素子特性はほとんど影響を受けないことを考慮したものである。
【００１２】
次に、ＳｉＣウエハ１の裏面に公知のイメージリバースレジストを塗布し、リソグラフィーによってパターン形成した後、Ｔｉ／Ｐｄを蒸着しリフトオフする。Ｐｄを触媒とし無電解メッキによって所定の形状にパターニングされた３〜４μｍ厚のＮｉ層５を形成する。次に、このＮｉ層５をマスクとし、公知の例えばＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）方式のプラズマエッチング装置（図示省略）によって弗素を含むエッチングガスを用いてドライエッチングによりバイアホール加工を行う。該バイアホール加工時のステージ温度は、接着材３が２００℃でも全く軟化しない性質のものであることにより、従来よりも高く設定することができ、例えば１５０〜１８０℃の範囲内に設定される。
【００１３】
具体的には、この実施の形態１ではエッチングガスとしてＳＦ６／Ｏ２を用い、流量ＳＦ６／Ｏ２＝１９０ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍ、ＡＰＣ（エッチングチャンバ内の圧力）＝１．５Ｐａ、Ａｎｔｅｎｎａ  ＲＦ／Ｂｉａｓ  ＲＦ＝２０００Ｗ／１５０Ｗ、ステージ温度１５０℃の条件でバイアホールを加工した。上記のようにして加工された各バイアホール６の断面は何れも図１（ｃ）に示すように側壁６ａが垂直な断面矩形状に形成されたものであった。なお、上記のようにドライエッチング時のステージ温度を高温にしたことで、プラズマ中の弗素ラジカルとＳｉＣウエハ１とが反応するための活性化エネルギーを超えるエネルギーがステージ温度によって供給され、化学的反応が促進され、ラジカルによる等方的なエッチングが促進された結果、エッチングレートとしては、従来に比べて６．５倍から７．５倍に高められた。
【００１４】
次に、酒石酸水溶液を用いてＧａＡｓからなる支持基板２を溶解、除去する。図１（ｄ）は図１（ｃ）に示す支持基板２を溶解、除去した後の状態を示している。続いて、ＳｉＣウエハ１の表面側（図の下側）に残った接着材３を有機溶媒にて除去する。なお、具体的にはこの実施の形態１では、フェノールとｏ−ジクロルベンゼンからなるレジスト剥離液に浸漬処理して接着材３を除去後、有機物残渣を除去するためにソルベントナフサを主成分とするソルファイン、及びアセトンに順次浸漬し、その後、イソプロピルアルコールで蒸気乾燥を行った。図１（ｅ）は該工程によって接着材３を完全に除去した後の状態を示す。
【００１５】
なお、爾後は例えば公知の一般的な方法によってＮｉ層５を除去した後、バイアホール６の底部及び側壁６ａからＳｉＣウエハ１の裏面にわたって、例えばＡｕ膜などからなる裏面導体を形成する工程、検査工程、ダイシング工程、組立工程などを経て、目的とする化合物半導体素子を得る。上記のようにして得られた化合物半導体素子は、基板にＳｉＣウエハ１を用いていることにより、熱伝導性に優れ、特に高周波デバイスとして動作したときに問題となる放熱性を容易にクリアでき、高出力化も容易なものである。
【００１６】
上記のように、この発明の実施の形態１によれば、ＳｉＣウエハ１の表面側と、支持基板２とを、軟化温度が２００℃を超える接着材３により接着後、ＳｉＣウエハ１の裏面側から弗素を含むエッチングガスを用いてドライエッチングによりバイアホールを形成するようにしたことにより、従来方法におけるワックスの軟化温度の制限を実質的に考慮する必要がなくなるため、高温にてエッチングすることが可能である。また、接着材を化合させるときに、エッチング時の温度よりも高い温度で加熱処理を行っていることで、その後のドライエッチング工程での脱ガスを防ぐことができる。
【００１７】
従ってエッチング速度の高速化、バイアホール６の側壁６ａの垂直性を改善することができる。例えば１００μｍ厚以上のウエハでは、これまでは先細りの漏斗型のバイアホール形状でしか加工できなかったが、この実施の形態１では高温でエッチングできることにより、矩形型のバイアホールが形成できる。また、バイアホール形状の改善により放熱特性改善も期待できる。また、バイアホールの断面を矩形状にするためにウエハ基板１を極薄板化する必要がなくなることによって研削にかかるコストを低減することができ、しかも薄板化に伴うウエハハンドリングの困難性も回避することができるなどの顕著な効果が得られる。
【００１８】
ところで上記説明では、接着材３として、第１の物質と第２の物質とを反応させることによって形成する場合を例に説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば１液で加熱硬化するもの、軟化温度が２００℃程度以上のワックスなどでも差し支えない。また、架橋硬化させるものでは、熱以外に、紫外線や電子線などで反応させるものであっても良い。なお、上記接着材３の軟化温度が２００℃を下回ると、ドライエッチング時のステージ温度に制限を設けることになり、エッチング速度の低下やバイアホール形状が漏斗状になるなどの問題を生じるようになるので、該軟化温度は２００℃程度以上であることが望ましい。
【００１９】
さらに、第１の物質及び第２の物質としてそれぞれ上記例示したものは一例に過ぎず、例示したものに限定されるものではない。因みに、上記第２の物質として用いたワックスは半導体業界で通常用いられているワックスを例えばそのまま用いることもできる。要するにＳｉＣウエハ１と支持基板２との接着を完了したときに、軟化点を持たないか、もしくは軟化温度が２００℃程度以上の耐熱性があり、ドライエッチング時の環境下でＳｉＣウエハ１に対して悪い作用がなく、ガスの放出が許容範囲以下のもので、バイアホール加工後に溶剤等で除去できるものであれば、何れの接着材（ワックスも含む）でも用いることができる。
【００２０】
また、支持基板２として実施の形態１ではＧａＡｓウエハを用いたが、これに限定されるものではない。該支持基板２としては、プラズマエッチング時にＳｉＣに対してエッチングされ難い選択性を有し、且つ、酸、アルカリ溶液又は有機系溶剤等に溶解する特性を有する材料であれば、他の化合物、あるいは金属、合金類などであっても差し支えない。なお、実施の形態１では、支持基板２の溶解に酒石酸を用いたが、支持基板２の材質等に応じて他の酸、アルカリ、有機溶剤、それらの混合物から適宜選択して用いることができる。
【００２１】
また、上記実施の形態１ではＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を用いたが、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式のエッチング装置など他のドライエッチング装置を用いても良い。さらに、エッチングガスとしては、例示したＳＦ６以外に、ＳｉＣ系のエッチングで用いられる、例えばＮＦ３、ＢＦ３、ＰＦ３、ＣＨＦ３、ＣＦ４などの弗素を含むガスは、何れも単独もしくは複数混合して好ましく用いることができる。なお、エッチングの際には、これらの弗素を含むガスに、例えばＯ２、Ａｒなどを加えて用いられる。
【００２２】
さらに、ドライエッチング時におけるプラズマエッチング装置のステージ温度は特に限定されるものではないが、２００℃の高温でも軟化しない接着材３を用いたことにより、軟化温度の制限をほとんど考慮する必要がなくなるため、従来よりも高温の例えば５０〜２００℃の任意の温度とすることができる。なお、上記ステージ温度を低温にすると弗素を含むエッチングガスと基板のＳｉＣウエハ１の化学反応が促進されず、エッチングレートが低下してバイアホールの形状が漏斗形になるので、該ステージ温度は５０℃以上が好ましく、さらに好ましくは１００℃以上とすることで、バイアホールの形状及び加工時間ともに満足できる加工を行うことができる。
【００２３】
また、ＳｉＣウエハ１上にＧａＮなど窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料からなる化合物半導体素子を形成した場合について説明したが、特にこれらのみに限定されるものではなく、他の化合物半導体材料であっても好ましく用いることができることは言うまでもない。また、形成する化合物半導体素子も特にＭＭＩＣのみに限定されるものではなく、何れの素子であっても好ましく適用することができる。その他、この発明の精神の範囲内で種々の変形や変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る化合物半導体素子の製造方法におけるバイアホール加工過程を模式的に説明する断面図である。なお、（ａ）はＳｉＣウエハと支持基板を接着材で貼り合せた状態、（ｂ）はＳｉＣウエハを薄板化した状態、（ｃ）はバイアホールを形成した状態、（ｄ）は支持基板を溶解除去した状態、（ｅ）は接着材を溶解除去した状態を示している。
【符号の説明】
【００２５】
１  ＳｉＣウエハ、  ２  支持基板、  ３  接着材、  ４  電極（Ａｕ）、  ５  Ｎｉ層、  ６  バイアホール、  ６ａ  側壁。
【図１】
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