JP6318922B2

JP6318922B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP6318922B2
Application number: JP2014138691A
Authority: JP
Inventors: 友木村
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-07-04
Also published as: JP2016017998A

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

従来、半導体装置として、半導体基板上に電極を形成した構造が知られており、電極の形成方法としては、化学増幅型ネガレジストを用いたリソグラフィー法が知られている（例えば、特許文献１から特許文献４など）。

国際公開第２０１１／１０２０６４号特開２０００−２９４３７１号公報特開２００３−２２９４８１号公報特開２０１３−２２８６６４号公報

しかし、従来の方法では、化学増幅型ネガレジストの剥離性が悪いという課題があった。レジストの剥離性が悪い場合、剥離処理を複数回行なう必要が生じるという課題や、剥離処理時間が長時間に及ぶという課題があった。そのほか、従来の半導体装置の製造方法においては、製造の容易化、製造の精確さ、作業性の向上等が望まれていた。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。
本発明の第１の形態は、
半導体基板上に電極を備える半導体装置を製造する、半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の第１の面にモノエタノールアミンを含むアルカリ性液体の層を形成する第１の工程と、
前記第１の工程後、化学増幅型ネガレジストを用いて、前記アルカリ性液体の層の上にレジストパターンを形成する第２の工程と、
前記第２の工程後、前記第１の面に電極を形成する第３の工程と、
前記第３の工程後、前記レジストパターンを除去する工程と、を備え、
前記アルカリ性液体の沸点は、レジストパターン形成時の熱処理温度以上である、半導体装置の製造方法である。また、本発明は以下の形態として実現することもできる。

（１）本発明の一形態によれば、半導体基板上に電極を備える半導体装置を製造する、半導体装置の製造方法が提供される。この半導体装置の製造方法は、前記半導体基板の第１の面にアルカリ性溶液を接触させる第１の工程と、前記第１の工程後、化学増幅型ネガレジストを用いて、前記第１の面にレジストパターンを形成する第２の工程と、前記第２の工程後、前記第１の面に電極を形成する第３の工程と、前記第３の工程後、前記レジストパターンを除去する工程と、を備える。この形態の半導体装置の製造方法によれば、化学増幅型ネガレジストの剥離性を向上できる。

（２）上記形態の半導体装置の製造方法において、前記アルカリ性溶液は、水溶性であるとしてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、レジストパターン形成後にアルカリ性溶液が残らない。このため、半導体装置への異物混入を抑制できる。

（３）上記形態の半導体装置の製造方法において、前記アルカリ性溶液の沸点は、レジストパターン形成時の熱処理温度以上であるとしてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、レジストパターン形成時にアルカリ性溶液が蒸発しないため、蒸発に由来するレジストパターンのクラックを抑制できる。

（４）本発明の他の形態によれば、レジストパターンの形成方法が提供される。このレジストパターンの形成方法は、化学増幅型ネガレジストを塗布する工程の前に、半導体基板をアルカリ性溶液と接触させる工程を備える。この形態のレジストパターンの形成方法によれば、レジストパターンを除去する際の剥離性を向上できる。

本発明は、半導体装置の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、半導体装置や、半導体装置を備える電力変換装置等の形態で実現することができる。

本発明によれば、化学増幅型ネガレジストの剥離性を向上できる。

第１実施形態における半導体装置１００の構成を模式的に示す断面図である。半導体装置１００の製造方法を示す工程図である。レジストが塗布された状態の半導体基板１０を示す模式図である。露光された状態の半導体基板１０を示す模式図である。ＰＥＢ処理後の半導体基板１０を示す模式図である。ポストベイク処理後の半導体基板１０を示す模式図である。

Ａ．本実施形態：
Ａ−１．半導体装置の構成
図１は、第１実施形態における半導体装置１００の構成を模式的に示す断面図である。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。

図１のＸＹＺ軸のうち、Ｘ軸は、図１の紙面左から紙面右に向かう軸であり、＋Ｘ軸方向は、紙面右に向かう方向であり、−Ｘ軸方向は、紙面左に向かう方向である。図１のＸＹＺ軸のうち、Ｙ軸は、図１の紙面手前から紙面奥に向かう軸であり、＋Ｙ軸方向は、紙面奥に向かう方向であり、−Ｙ軸方向は、紙面手前に向かう方向である。図１のＸＹＺ軸のうち、Ｚ軸は、図１の紙面下から紙面上に向かう軸であり、＋Ｚ軸方向は、紙面上に向かう方向であり、−Ｚ軸方向は、紙面下に向かう方向である。

半導体装置１００は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いて形成された半導体装置である。本実施形態では、半導体装置１００は、ＦＥＴ（Field Effenct Transister）である。半導体装置１００は、半導体基板１０と、電極層６０とを備える。

半導体装置１００の半導体基板１０は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って広がる板状を成す半導体層である。本実施形態では、半導体基板１０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）から主に形成される半導体層である。

半導体装置１００の電極層６０は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする層である。電極層６０は、半導体基板１０の上に形成されている。本実施形態において、電極層６０の厚さは５００ｎｍとする。

Ａ−２．半導体装置の製造方法
図２は、半導体装置１００の製造方法を示す工程図である。半導体装置１００を製造する際には、まず、製造者は、工程Ｐ１００において、半導体基板１０を用意し、半導体基板１０の表面に付着した異物等を取り除くため、有機溶剤（アセトンなど）や酸により洗浄を行なう。

基板洗浄（工程Ｐ１００）を行なった後、製造者は、工程Ｐ１１０において、半導体基板１０の第１の面１５（＋Ｘ軸方向の面）（図１参照）にアルカリ性溶液を接触させる。本実施形態において、アルカリ性溶液の接触方法としては、アルカリ性溶液へ半導体基板１０を浸漬させた後、半導体基板１０の第１の面１５をスピン乾燥させる方法を用いる。この工程により、半導体基板１０の第１の面１５の上にアルカリ層２０が形成される。アルカリ性溶液の接触方法としては、この方法に限られず、例えば、（ｉ）半導体基板１０の第１の面１５にアルカリ性溶液を噴霧させる方法を用いてもよく、（ｉｉ）減圧下においてアルカリ置換を行なう方法（vapor法）を用いてもよい。

本実施形態において、アルカリ性溶液としてモノエタノールアミン（沸点：約１７０℃）溶液（和光純薬工業社製）を用いる。アルカリ性溶液としては、特に限定されず、他の溶液を用いてもよい。水溶性のアルカリ性溶液を用いた場合、後述する現像工程においてアルカリ層２０が溶出し、その後の工程において半導体基板１０の第１の面１５に残らない。このため、水溶性のアルカリ性溶液を用いることが好ましい。なお、モノエタノールアミン溶液は、水溶性の溶液である。

また、アルカリ性溶液の沸点は、後述するレジストパターン形成時の熱処理温度以上とすることが好ましい。このようにすることにより、レジストパターン形成時の熱処理においてもアルカリ性溶液が蒸発しないため、アルカリ性溶液の蒸発に起因するレジストパターンのクラックを抑制できる。

半導体基板１０をアルカリ性溶液と接触させた（工程Ｐ１１０）後、製造者は、化学増幅型ネガレジストを用いて第１の面１５にレジストパターンを形成する（工程Ｐ１２０）。レジストパターンの形成の処理は、レジスト塗布処理（工程Ｐ１２１）と、プリベイク（Pre applied bake）処理（工程Ｐ１２３）と、露光処理（工程Ｐ１２５）と、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理（工程Ｐ１２７）と、現像処理（工程Ｐ１２８）と、ポストベイク（Post bake）処理（工程Ｐ１２９）とを備える。

製造者は、まず、工程Ｐ１２１において、化学増幅型ネガレジストを第１の面１５に塗布する。ネガレジストとは、露光されることにより現像液に対して溶解性が低下し、感光した部分が残るフォトレジストをいう。また、化学増幅型レジストとは、化学反応により、露光量が少ない条件においても反応が効率よく進むフォトレジストをいう。

図３は、レジストが塗布された状態の半導体基板１０を示す模式図である。図３に示すように、半導体基板１０の第１の面１５には、モノエタノールアミンを主成分とするアルカリ層２０が形成され、アルカリ層２０の上にレジスト層３０が形成されている。なお、模式図における各層の厚みは、実際の厚みとは異なる。例えば、アルカリ層２０の厚みは、数分子程度の厚みである。本実施形態において、製造者は、レジストを半導体基板１０の第１の面１５へスピンコータや吹きつけによって塗布する。本実施形態において、化学増幅型ネガレジストとして、ＴＬＯＲ−Ｎ００１（東京応化工業社製）を用いる。

製造者は、工程Ｐ１２３において、レジスト内に残存する有機溶剤を揮発させるため、プリベイク処理を行なう。本実施形態において、プリベイク処理は、１００℃で９０秒行なう。

次に、製造者は、工程Ｐ１２５において、縮小投影露光装置により露光処理を行なう。

図４は、露光された状態の半導体基板１０を示す模式図である。露光された部分は、光のエネルギーであるｈνを受け取る。図において、露光された部分を感光部３０ａと示し、露光されていない部分を非感光部３０ｂと示す。本実施形態において、レジストはネガレジストを用いるため、露光した部分においてレジストの高分子化が促進する。

製造者は、工程Ｐ１２７において、露光後のレジストの高分子化を促す処理であるＰＥＢ処理を行なう。本実施形態において、ＰＥＢ処理は、１１０℃で９０秒行なう。

図５は、ＰＥＢ処理後の半導体基板１０を示す模式図である。ＰＥＢ処理により、化学増幅型ネガレジストの高分子化が促進する。なお、図５に示すとおり、工程Ｐ１２５において露光された部分のアルカリ層２０は、露光箇所に発生した酸と中和される。このため、露光された部分のアルカリ層２０はＰＥＢ処理後に単独の層としては残らないと考えられる。

ＰＥＢ処理の後、製造者は、工程Ｐ１２８において、露光した半導体基板１０を現像液に浸した後、超純水にて洗浄し、非感光部３０ｂのレジストとアルカリ層２０とを除去する。本実施形態において、現像液として、トリメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液（商品名：ＮＭＤ−３（東京応化工業社製））を用いる。

その後、工程Ｐ１２９において、製造者は、半導体基板１０上の水分などを除去するため、ポストベイク処理を行なう。本実施形態において、ポストベイク処理は、１００℃で９０秒行なう。

図６は、ポストベイク処理後の半導体基板１０を示す模式図である。図６に示すとおり、ポストベイク処理によりレジストパターンの形成が完了する。

レジストパターン形成（工程Ｐ１２０）の後、製造者は、半導体基板１０の第１の面１５に電極を形成する（工程Ｐ１３０）。本実施形態において、蒸着により電極を形成し、蒸着材料としては、アルミニウムを用いる。

電極を形成した（工程Ｐ１３０）後、製造者は、レジストパターンを除去する（工程Ｐ１４０）。本実施形態において、ジェットノズルによってＮＭＰ溶液を噴霧するリフトオフ装置を用いることにより、半導体基板１０上のレジストおよびレジスト上に堆積した電極金属材料を除去することができる。本実施形態において、レジストパターンを除去する方法として、リフトオフ法を用いているが、この方法に限定されない。レジストパターンを除去する方法としては、例えば、薬液により浸漬させる方法を用いてもよい。

これらの工程を経て、半導体装置１００が完成する。本実施形態によれば、化学増幅型ネガレジストの剥離性が向上する。化学増幅型ネガレジストの剥離性が向上するメカニズムとしては、以下のメカニズムが考えられる。本実施形態において、化学増幅型ネガレジストを塗布する工程（工程Ｐ１２１）の前に、半導体基板１０をアルカリ性溶液と接触させる工程（工程Ｐ１１０）を備える。化学増幅型ネガレジストは露光箇所に発生した酸（ＰＡＧ：Photo Acid Generator）を触媒として高分子化が促進される結果、レジストと半導体基板１０の表面との密着性が向上する。本実施形態においては、半導体基板１０の表面にアルカリ層２０が存在するため、触媒としての酸が中和される。この結果、半導体基板１０の界面におけるレジストの高分子化が抑制される。このため、レジストと半導体基板１０の表面との密着性が抑制され、レジスト剥離時のレジスト剥離性が向上すると考えられる。

レジストの剥離性が向上する結果として、化学増幅型ネガレジストを剥離する際の課題である剥離処理を複数回行なう必要が生じるという課題や、剥離処理時間が長時間に及ぶという課題を、本発明により解消することができる。

また、本実施形態において、レジストパターン形成時の熱処理の温度（プリベイク処理温度およびポストベイク処理温度：１００℃、ＰＥＢ処理温度：１１０℃）以上の沸点のアルカリ性溶液であるモノエタノールアミン（沸点：約１７０℃）を用いる。このため、熱処理時におけるモノエタノールアミンの揮発を抑制できる。この結果、モノエタノールアミンが揮発することに起因するレジストパターンへのクラックなどを抑制することができる。

Ｂ．変形例：
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上述の実施形態において、半導体装置としてＦＥＴを用いた。しかし、本発明はこれに限られない。つまり、半導体装置の製造方法の一部の工程において、レジストパターンを形成する工程を備える半導体装置の製造方法であれば、どのような半導体装置の製造方法に用いてもよい。

上述の実施形態において、電極を形成しているが、本発明はこれに限られない。レジストパターンの形成後、半導体基板をエッチングしてもよい。つまり、本発明は、化学増幅型ネガレジストを塗布する工程の前に、半導体基板をアルカリ性溶液と接触させる工程を備えていればよい。

上述の実施形態において、電極を形成する方法として蒸着法を用いているが、スパッタ法を用いても良い。

上述の実施形態において、基板の材質は、窒化ガリウム（ＧａＮ）に限らず、ケイ素（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの他の半導体であってもよい。

上述の実施形態において、電極としてアルミニウム（Ａｌ）を用いたが、本発明はこれに限られない。電極としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などの他の金属であってもよい。

１０…半導体基板
１５…第１の面
２０…アルカリ層
３０…レジスト層
３０ａ…感光部
３０ｂ…非感光部
６０…電極層
１００…半導体装置

Claims

半導体基板上に電極を備える半導体装置を製造する、半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の第１の面にモノエタノールアミンを含むアルカリ性液体の層を形成する第１の工程と、
前記第１の工程後、化学増幅型ネガレジストを用いて、前記アルカリ性液体の層の上にレジストパターンを形成する第２の工程と、
前記第２の工程後、前記第１の面に電極を形成する第３の工程と、
前記第３の工程後、前記レジストパターンを除去する工程と、を備え、
前記アルカリ性液体の沸点は、レジストパターン形成時の熱処理温度以上である、半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板は、窒化ガリウムから形成されている、半導体装置の製造方法。