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JP7625455B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Description

実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。 The embodiment relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

トランジスタ等の半導体素子を半導体基板の表面側に設ける半導体装置では、半導体基板の裏面側から半導体素子に至るビアホールを形成し、裏面上の電極と半導体素子とを電気的に接続する場合がある。 In semiconductor devices in which semiconductor elements such as transistors are provided on the front side of a semiconductor substrate, via holes may be formed from the back side of the semiconductor substrate to the semiconductor elements, electrically connecting the electrodes on the back side to the semiconductor elements.

特開2010-163938号公報JP 2010-163938 A

実施形態は、半導体素子の表面電極と裏面電極との間の電気抵抗を低減した半導体装置の製造方法を提供する。 The embodiment provides a method for manufacturing a semiconductor device that reduces the electrical resistance between the front and back electrodes of a semiconductor element.

実施形態に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた半導体層と、前記半導体層上に設けられた電極と、前記半導体基板の前記半導体層とは反対側の裏面上に設けられた金属層と、前記半導体基板中および前記半導体層中に延在し、前記電極と前記金属層とを電気的に接続した導電体と、を含む。前記半導体装置の製造方法は、前記半導体基板および前記半導体層をドライエッチングすることにより前記半導体基板の前記裏面から前記電極に連通する貫通孔を形成する工程と、前記半導体層のドライエッチングに用いられたエッチングガスにより、前記貫通孔の底面に露出した前記電極の裏面上に形成される反応生成物を除去する工程と、前記貫通孔内に前記電極に電気的に接続された前記導電体を形成する工程と、前記半導体層の前記裏面上に、前記導電体に電気的に接続された前記金属層を形成する工程と、を備える。 The semiconductor device according to the embodiment includes a semiconductor substrate, a semiconductor layer provided on the semiconductor substrate, an electrode provided on the semiconductor layer, a metal layer provided on the back surface of the semiconductor substrate opposite to the semiconductor layer, and a conductor extending through the semiconductor substrate and the semiconductor layer and electrically connecting the electrode and the metal layer. The method for manufacturing the semiconductor device includes the steps of: forming a through hole communicating from the back surface of the semiconductor substrate to the electrode by dry etching the semiconductor substrate and the semiconductor layer; removing a reaction product formed on the back surface of the electrode exposed at the bottom surface of the through hole by an etching gas used in the dry etching of the semiconductor layer; forming the conductor electrically connected to the electrode in the through hole; and forming the metal layer electrically connected to the conductor on the back surface of the semiconductor layer.

実施形態に係る半導体装置を示す模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment; 実施形態に係る半導体装置の製造過程を示す模式断面図である。5A to 5C are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment. 図2に続く製造過程を示す模式断面図である。3A to 3C are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process following FIG. 2 . 図3に続く製造過程を示す模式断面図である。4A to 4C are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process following FIG. 3. 実施形態の変形例に係る半導体装置を示す模式断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to a modified example of the embodiment. 実施形態の別の変形例に係る半導体装置を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a semiconductor device according to another modified example of the embodiment. 実施形態に係る別の半導体装置を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing another semiconductor device according to the embodiment.

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。 The following describes the embodiments with reference to the drawings. Identical parts in the drawings are given the same numbers, and detailed descriptions thereof are omitted as appropriate, while different parts are described. Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between parts, and the like are not necessarily the same as in reality. Even when the same parts are shown, the dimensions and ratios between them may be different depending on the drawing.

さらに、各図中に示すX軸、Y軸およびZ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。X軸、Y軸、Z軸は、相互に直交し、それぞれX方向、Y方向、Z方向を表す。また、Z方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。 The arrangement and configuration of each part will be explained using the X-axis, Y-axis, and Z-axis shown in each figure. The X-axis, Y-axis, and Z-axis are mutually perpendicular and represent the X-direction, Y-direction, and Z-direction, respectively. In addition, the Z-direction may be described as upward and the opposite direction as downward.

図1は、実施形態に係る半導体装置1を示す模式断面図である。半導体装置1は、例えば、電界効果型トランジスタ(FET)である。半導体装置1は、半導体基板10と、第1半導体層20と、第2半導体層30と、第1電極40と、第2電極50と、第3電極60と、を備える。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device 1 according to an embodiment. The semiconductor device 1 is, for example, a field effect transistor (FET). The semiconductor device 1 includes a semiconductor substrate 10, a first semiconductor layer 20, a second semiconductor layer 30, a first electrode 40, a second electrode 50, and a third electrode 60.

第1半導体層20は、半導体基板10上に設けられる。第2半導体層30は、第1半導体層20上に設けられる。半導体基板10は、例えば、高抵抗基板もしくは半絶縁性基板である。半導体基板10は、例えば、炭化シリコン(SiC)基板である。第1半導体層20は、例えば、n形窒化ガリウム(GaN)層である。第2半導体層30は、例えば、第1半導体層20のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する。第2半導体層30は、例えば、組成式Al1-xGaN(0<x<1)で表される半導体混晶、以下、AlGaNを含む。 The first semiconductor layer 20 is provided on a semiconductor substrate 10. The second semiconductor layer 30 is provided on the first semiconductor layer 20. The semiconductor substrate 10 is, for example, a high resistance substrate or a semi-insulating substrate. The semiconductor substrate 10 is, for example, a silicon carbide (SiC) substrate. The first semiconductor layer 20 is, for example, an n-type gallium nitride (GaN) layer. The second semiconductor layer 30 has, for example, a band gap wider than the band gap of the first semiconductor layer 20. The second semiconductor layer 30 includes, for example, a semiconductor alloy expressed by a composition formula Al 1-x Ga x N (0<x<1), hereinafter referred to as AlGaN.

第1電極40、第2電極50および第3電極60は、第2半導体層30上に設けられる。第1電極40、第2電極50および第3電極60は、第2半導体層30の表面に沿って並ぶ。第3電極60は、第1電極40と第2電極50との間に設けられる。 The first electrode 40, the second electrode 50, and the third electrode 60 are provided on the second semiconductor layer 30. The first electrode 40, the second electrode 50, and the third electrode 60 are aligned along the surface of the second semiconductor layer 30. The third electrode 60 is provided between the first electrode 40 and the second electrode 50.

第1電極40は、例えば、ソース電極である。第1電極40は、第1金属層ML1と第2金属層ML2とを含む。第1金属層ML1は、第3半導体層30に接する。第2金属層ML2は、第1金属層ML1の上に設けられる。第1電極40は、第2半導体層30に電気的に接続される。第1金属層ML1は、例えば、チタニウム(Ti)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)などを含む。第2金属層ML2は、例えば、金(Au)を含む。第1電極40は、例えば、第1金属層ML1を介して第2半導体層30にオーミック接触する。第1金属層ML1は、複数の金属層を積層した構造であっても良い。 The first electrode 40 is, for example, a source electrode. The first electrode 40 includes a first metal layer ML1 and a second metal layer ML2. The first metal layer ML1 contacts the third semiconductor layer 30. The second metal layer ML2 is provided on the first metal layer ML1. The first electrode 40 is electrically connected to the second semiconductor layer 30. The first metal layer ML1 includes, for example, titanium (Ti), nickel (Ni), aluminum (Al), etc. The second metal layer ML2 includes, for example, gold (Au). The first electrode 40 is in ohmic contact with the second semiconductor layer 30 via the first metal layer ML1, for example. The first metal layer ML1 may have a structure in which multiple metal layers are stacked.

第2電極50は、例えば、ドレイン電極である。第2電極50は、第1金属層ML1と第2金属層ML2とを含む。第1金属層ML1は、第3半導体層30に接する。第2金属層ML2は、第1金属層ML1の上に設けられる。第2電極50は、第2半導体層30に電気的に接続される。第2電極50は、例えば、第1金属層ML1を介して第2半導体層30にオーミック接触する。 The second electrode 50 is, for example, a drain electrode. The second electrode 50 includes a first metal layer ML1 and a second metal layer ML2. The first metal layer ML1 is in contact with the third semiconductor layer 30. The second metal layer ML2 is provided on the first metal layer ML1. The second electrode 50 is electrically connected to the second semiconductor layer 30. The second electrode 50 is in ohmic contact with the second semiconductor layer 30 via, for example, the first metal layer ML1.

第3電極60は、例えば、ゲート電極である。第3電極60は、第3金属層ML3と第4金属層ML4とを含む。第3金属層ML3は、第3半導体層30に接する。第4金属層ML4は、第3金属層ML3の上に設けられる。第3金属層ML3は、例えば、ニッケル(Ni)、窒化チタニウム(TiN)などを含む。第4金属層ML4は、例えば、金(Au)を含む。第3電極60は、例えば、第3金属層ML3を介して第2半導体層30にショットキ接触する。 The third electrode 60 is, for example, a gate electrode. The third electrode 60 includes a third metal layer ML3 and a fourth metal layer ML4. The third metal layer ML3 is in contact with the third semiconductor layer 30. The fourth metal layer ML4 is provided on the third metal layer ML3. The third metal layer ML3 includes, for example, nickel (Ni), titanium nitride (TiN), etc. The fourth metal layer ML4 includes, for example, gold (Au). The third electrode 60 is in Schottky contact with the second semiconductor layer 30 via, for example, the third metal layer ML3.

半導体装置1は、金属層70と、導電体80と、をさらに備える。金属層70は、例えば、半導体基板10の第1半導体層20とは反対側の裏面上に設けられる。すなわち、半導体基板10は、第1半導体層20と金属層70との間に位置する。 The semiconductor device 1 further includes a metal layer 70 and a conductor 80. The metal layer 70 is provided, for example, on the back surface of the semiconductor substrate 10 opposite the first semiconductor layer 20. That is, the semiconductor substrate 10 is located between the first semiconductor layer 20 and the metal layer 70.

導電体80は、半導体基板10、第1半導体層20および第2半導体層30の中に設けられる。導電体80は、例えば、金属層70から第1電極40に向かう方向(例えば、Z方向)に延在する。導電体80は、金属層70と第1電極40とを電気的に接続する。導電体80は、例えば、第1電極40および金属層70に接続される。導電体80は、例えば、半導体基板10、第1半導体層20および第2半導体層30に接するように設けられる。 The conductor 80 is provided in the semiconductor substrate 10, the first semiconductor layer 20, and the second semiconductor layer 30. The conductor 80 extends, for example, in a direction from the metal layer 70 toward the first electrode 40 (for example, the Z direction). The conductor 80 electrically connects the metal layer 70 and the first electrode 40. The conductor 80 is connected, for example, to the first electrode 40 and the metal layer 70. The conductor 80 is provided, for example, so as to be in contact with the semiconductor substrate 10, the first semiconductor layer 20, and the second semiconductor layer 30.

次に、図2(a)~図4(b)を参照して、半導体装置1の製造方法を説明する。図2(a)~図4(b)は、実施形態に係る半導体装置1の製造過程を示す模式断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 will be described with reference to Figures 2(a) to 4(b). Figures 2(a) to 4(b) are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device 1 according to the embodiment.

半導体基板10は、例えば、SiC基板である。半導体基板10は、例えば、高抵抗基板もしくは半絶縁性基板である。第1半導体層20および第2半導体層30は、半導体基板10上に、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を用いてエピタキシャル成長される。第1半導体層20は、例えば、n形GaN層である。第1半導体層20は、例えば、不純物を意図的にドープしないアンドープ層である。第2半導体層30は、例えば、n形AlGaN層である。第2半導体層30には、例えば、エピタキシャル成長中にn形不純物であるシリコンをドープする。第1半導体層20は、例えば、第2半導体層30よりも高抵抗である。 The semiconductor substrate 10 is, for example, a SiC substrate. The semiconductor substrate 10 is, for example, a high-resistance substrate or a semi-insulating substrate. The first semiconductor layer 20 and the second semiconductor layer 30 are epitaxially grown on the semiconductor substrate 10, for example, by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). The first semiconductor layer 20 is, for example, an n-type GaN layer. The first semiconductor layer 20 is, for example, an undoped layer that is not intentionally doped with impurities. The second semiconductor layer 30 is, for example, an n-type AlGaN layer. The second semiconductor layer 30 is doped with silicon, which is an n-type impurity, during epitaxial growth. The first semiconductor layer 20 has, for example, a higher resistance than the second semiconductor layer 30.

図2(a)に示すように、第2半導体層30の上に第1電極40、第2電極50および第3電極60を形成する。例えば、第1電極40および第2電極50は同時に形成される。 As shown in FIG. 2(a), a first electrode 40, a second electrode 50, and a third electrode 60 are formed on the second semiconductor layer 30. For example, the first electrode 40 and the second electrode 50 are formed simultaneously.

第1電極40および第2電極50は、例えば、スパッタ法を用いて、第1金属層ML1および第2金属層ML2を積層することにより形成される。第3電極60は、例えば、スパッタ法を用いて、第3金属層ML3および第4金属層ML4を積層することにより形成される。第1電極40、第2電極50および第3電極60は、例えば、リフトオフ法を用いて所定の平面形状にパターニングされる。 The first electrode 40 and the second electrode 50 are formed by stacking the first metal layer ML1 and the second metal layer ML2, for example, using a sputtering method. The third electrode 60 is formed by stacking the third metal layer ML3 and the fourth metal layer ML4, for example, using a sputtering method. The first electrode 40, the second electrode 50, and the third electrode 60 are patterned into a predetermined planar shape, for example, using a lift-off method.

第3電極60は、第1電極40および第2電極50の後に形成される。第3電極60は、例えば、第1電極40および第2電極50を熱処理により第2半導体層30にオーミック接続させた後に形成される。 The third electrode 60 is formed after the first electrode 40 and the second electrode 50. The third electrode 60 is formed, for example, after the first electrode 40 and the second electrode 50 are ohmically connected to the second semiconductor layer 30 by heat treatment.

図2(b)に示すように、半導体基板10の裏面側において、ビアホールVHを形成する。半導体基板10は、例えば、裏面側を研削することにより、所定の厚さに薄層化される。その後、例えば、エッチングマスク105を用いて、半導体基板10を選択的に除去することにより、ビアホールVHを形成する。エッチングマスク105は、例えば、シリコン酸化膜である。 As shown in FIG. 2B, a via hole VH is formed on the back side of the semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 is thinned to a predetermined thickness, for example, by grinding the back side. Then, the semiconductor substrate 10 is selectively removed using, for example, an etching mask 105 to form the via hole VH. The etching mask 105 is, for example, a silicon oxide film.

ビアホールVHは、例えば、誘導結合プラズマ方式のドライエッチングを用いて形成される。半導体基板10がSiC基板である場合、フッ素を含むエッチングガスを用いてエッチングされる。ビアホールVHは、半導体基板10を貫いて、第1半導体層20に至る深さに形成される。 The via hole VH is formed, for example, by dry etching using an inductively coupled plasma method. When the semiconductor substrate 10 is a SiC substrate, etching is performed using an etching gas containing fluorine. The via hole VH is formed to a depth that penetrates the semiconductor substrate 10 and reaches the first semiconductor layer 20.

図3(a)に示すように、第1半導体層20および第2半導体層30を選択的に除去することにより、ビアホールVHをさらに深く形成する。第1半導体層20がGaN層であり、第2半導体層30がAlGaNである場合、例えば、塩素(Cl)を含むエッチングガスを用いてエッチングを継続する。例えば、ドライエッチングの終点検出器がガリウム(Ga)を検出した時点で、半導体基板10のエッチングを停止し、エッチングガスを切り替える。 As shown in FIG. 3(a), the first semiconductor layer 20 and the second semiconductor layer 30 are selectively removed to form a deeper via hole VH. When the first semiconductor layer 20 is a GaN layer and the second semiconductor layer 30 is AlGaN, etching is continued using, for example, an etching gas containing chlorine (Cl). For example, when the dry etching endpoint detector detects gallium (Ga), etching of the semiconductor substrate 10 is stopped and the etching gas is switched.

ビアホールVHは、例えば、半導体基板10の裏面から第1電極40に連通するように形成される。ビアホールVHは、半導体基板10、第1半導体層20および第2半導体層30を貫く貫通孔である。 The via hole VH is formed, for example, so as to communicate with the first electrode 40 from the rear surface of the semiconductor substrate 10. The via hole VH is a through hole that penetrates the semiconductor substrate 10, the first semiconductor layer 20, and the second semiconductor layer 30.

ビアホールVHの形成過程において、その底面には、第1金属層ML1が露出され、第1金属層ML1の金属元素を含む反応生成物ML5が形成される。塩素を含むガスを用いて第1半導体層20および第2半導体層30をエッチングした場合、ビアホールVHの底面上には、第1金属層ML1の金属元素の塩化物を含む反応生成物ML5が形成される。 During the process of forming the via hole VH, the first metal layer ML1 is exposed on its bottom surface, and a reaction product ML5 containing the metal element of the first metal layer ML1 is formed. When the first semiconductor layer 20 and the second semiconductor layer 30 are etched using a gas containing chlorine, a reaction product ML5 containing a chloride of the metal element of the first metal layer ML1 is formed on the bottom surface of the via hole VH.

図3(b)に示すように、反応生成物ML5を、例えば、ドライエッチングにより除去する。反応生成物ML5は、例えば、アルゴン(Ar)を含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより除去される。すなわち、反応生成物ML5は、プラズマ電界により加速されたアルゴンイオンにより物理的に除去される。 As shown in FIG. 3(b), the reaction product ML5 is removed by, for example, dry etching. The reaction product ML5 is removed by, for example, dry etching using an etching gas containing argon (Ar). That is, the reaction product ML5 is physically removed by argon ions accelerated by the plasma electric field.

図4(a)に示すように、導電層80fを半導体基板10の裏面側に形成する。導電層80fは、ビアホールVHの内部を埋め込み、第1金属層ML1に接するように形成される。導電層80fは、例えば、メッキ法を用いて形成される。導電層80fは、例えば、金(Au)を含む。 As shown in FIG. 4(a), a conductive layer 80f is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 10. The conductive layer 80f is formed so as to fill the inside of the via hole VH and to be in contact with the first metal layer ML1. The conductive layer 80f is formed, for example, by using a plating method. The conductive layer 80f contains, for example, gold (Au).

図4(b)に示すように、導電層80fの半導体基板10の裏面上に形成された部分を除去することにより、ビアホールVHの内部に導電体80を形成した後、金属層70を形成する。金属層70は、例えば、スパッタ法を用いて、半導体基板10の裏面上に形成される。金属層70は、例えば、ニッケルおよび金を含む。導電体80は、金属層70に接し、且つ、電気的に接続される。 As shown in FIG. 4(b), a conductor 80 is formed inside the via hole VH by removing the portion of the conductive layer 80f formed on the rear surface of the semiconductor substrate 10, and then a metal layer 70 is formed. The metal layer 70 is formed on the rear surface of the semiconductor substrate 10 by using, for example, a sputtering method. The metal layer 70 contains, for example, nickel and gold. The conductor 80 is in contact with and electrically connected to the metal layer 70.

また、導電層80fを半導体基板10の裏面上に残し、金属層70としても良い。すなわち、金属層70および導電体80は、一体に形成されても良い。 In addition, the conductive layer 80f may be left on the back surface of the semiconductor substrate 10 to form the metal layer 70. In other words, the metal layer 70 and the conductor 80 may be formed integrally.

実施形態に係る製造方法では、ビアホールVHの底面上に形成される反応生成物ML5を除去することにより、第1電極40と金属層70との間の電気抵抗を低減することができる。すなわち、反応生成物ML5は高抵抗であり、これを除去することにより、導電体80と第1金属層ML1との間の接触抵抗を低減することができる。 In the manufacturing method according to the embodiment, the reaction product ML5 formed on the bottom surface of the via hole VH can be removed to reduce the electrical resistance between the first electrode 40 and the metal layer 70. In other words, the reaction product ML5 has high resistance, and by removing it, the contact resistance between the conductor 80 and the first metal layer ML1 can be reduced.

図5は、実施形態の変形例に係る半導体装置2を示す模式断面図である。半導体装置2では、導電体80は、第1電極40の第2金属層ML2に接するように設けられる。この例では、図3(a)に示す反応生成物ML5を除去する過程において、第1金属層ML1も除去し、ビアホールVHの底面に第2金属層ML2を露出させる。例えば、第2金属層ML2および導電体80が共に金(Au)を含む金属であれば、第2金属層ML2と導電体80との間の接触抵抗をより低減できる。また、第2金属層ML2と導電体80との間の接合強度を向上させることもできる。 Figure 5 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device 2 according to a modified embodiment. In the semiconductor device 2, the conductor 80 is provided so as to contact the second metal layer ML2 of the first electrode 40. In this example, in the process of removing the reaction product ML5 shown in Figure 3 (a), the first metal layer ML1 is also removed, exposing the second metal layer ML2 at the bottom surface of the via hole VH. For example, if the second metal layer ML2 and the conductor 80 are both metals containing gold (Au), the contact resistance between the second metal layer ML2 and the conductor 80 can be further reduced. In addition, the bonding strength between the second metal layer ML2 and the conductor 80 can also be improved.

図6(a)および(b)は、実施形態の変形例に係る半導体装置3を示す模式図である。図6(a)は、半導体装置3の上面を表す模式平面図である。図6(b)は、図6(a)中に示すA-A線に沿った模式断面図である。 Figures 6(a) and (b) are schematic diagrams showing a semiconductor device 3 according to a modified embodiment. Figure 6(a) is a schematic plan view showing the top surface of the semiconductor device 3. Figure 6(b) is a schematic cross-sectional view taken along line A-A shown in Figure 6(a).

図6(a)に示すように、第1電極40は、複数のフィンガー部40Fと、ボンディングパッド部40Pと、を含む。複数のフィンガー部40Fは、例えば、Y方向に延在し、ボンディングパッド部40Pにつながるように設けられる。 As shown in FIG. 6A, the first electrode 40 includes a plurality of finger portions 40F and a bonding pad portion 40P. The plurality of finger portions 40F extend, for example, in the Y direction and are provided so as to be connected to the bonding pad portion 40P.

第2電極50は、複数のフィンガー部50Fと、ボンディングパッド部50Pと、を含む。複数のフィンガー部50Fは、例えば、ボンディングパッド部50PからY方向に延在する。複数のフィンガー部50Fは、ボンディングパッド部50Pにつながるように設けられる。 The second electrode 50 includes a plurality of finger portions 50F and a bonding pad portion 50P. The plurality of finger portions 50F extend, for example, in the Y direction from the bonding pad portion 50P. The plurality of finger portions 50F are provided so as to be connected to the bonding pad portion 50P.

第1電極40のフィンガー部40Fと第2電極50のフィンガー部50Fとは、例えば、X方向に交互に配置される。 The finger portions 40F of the first electrode 40 and the finger portions 50F of the second electrode 50 are arranged alternately in the X direction, for example.

第3電極60は、複数のフィンガー部60Fと、配線部60Lと、ボンディングパッド部60Pと、を含む。 The third electrode 60 includes a plurality of finger portions 60F, a wiring portion 60L, and a bonding pad portion 60P.

フィンガー部60Fは、それぞれ、第1電極40のフィンガー部40Fと第2電極50のフィンガー部50Fとの間において、Y方向に延在する。 The finger portions 60F each extend in the Y direction between the finger portion 40F of the first electrode 40 and the finger portion 50F of the second electrode 50.

配線部60Lは、X方向に延在し、フィンガー部60Fは、配線部60Lにつながる。配線部60Lは、ボンディングパッド部60Pにつながる。 The wiring portion 60L extends in the X direction, and the finger portion 60F is connected to the wiring portion 60L. The wiring portion 60L is connected to the bonding pad portion 60P.

図6(b)に示すように、導電体80は、半導体基板10、第1半導体層20および第2半導体層30の中に延在し、第1電極40のボンディングパッド部40Pに電気的に接続される。半導体基板10の裏面上に設けられた金属層70は、導電体80を介して、第1電極40のボンディングパッド部40Pに電気的に接続される。 As shown in FIG. 6(b), the conductor 80 extends into the semiconductor substrate 10, the first semiconductor layer 20, and the second semiconductor layer 30, and is electrically connected to the bonding pad portion 40P of the first electrode 40. The metal layer 70 provided on the back surface of the semiconductor substrate 10 is electrically connected to the bonding pad portion 40P of the first electrode 40 via the conductor 80.

第3電極60の配線部60Lは、第1電極40のボンディングパッド部40Pと第2電極50のフィンガー部50Fとの間において、第2半導体層30上に設けられる。また、配線部60Lは、絶縁膜65により、第1電極40のボンディングパッド部40Pから電気的に絶縁される。絶縁膜65は、第1電極40のボンディングパッド部40Pと第3電極60の配線部60Lとの間に設けられ、配線部60Lを覆う。絶縁膜65は、例えば、シリコン酸化膜である。 The wiring portion 60L of the third electrode 60 is provided on the second semiconductor layer 30 between the bonding pad portion 40P of the first electrode 40 and the finger portion 50F of the second electrode 50. The wiring portion 60L is electrically insulated from the bonding pad portion 40P of the first electrode 40 by an insulating film 65. The insulating film 65 is provided between the bonding pad portion 40P of the first electrode 40 and the wiring portion 60L of the third electrode 60, and covers the wiring portion 60L. The insulating film 65 is, for example, a silicon oxide film.

図7(a)および(b)は、実施形態に係る別の半導体装置4を示す模式図である。図7(a)は、コンデンサ90を示す平面図である。図7(b)は、第2半導体層30上にコンデンサ90を有する半導体装置4を示す模式断面図である。 Figures 7(a) and (b) are schematic diagrams showing another semiconductor device 4 according to the embodiment. Figure 7(a) is a plan view showing a capacitor 90. Figure 7(b) is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device 4 having a capacitor 90 on a second semiconductor layer 30.

図7(a)に示すように、コンデンサ90は、第1金属電極93と、誘電体膜95と、第2金属電極97と、を含む。第1金属電極93、誘電体膜95および第2金属電極97は、例えば、Z方向に積層され、誘電体膜95は、第1金属電極93と第2金属電極97との間に設けられる。 As shown in FIG. 7(a), the capacitor 90 includes a first metal electrode 93, a dielectric film 95, and a second metal electrode 97. The first metal electrode 93, the dielectric film 95, and the second metal electrode 97 are stacked, for example, in the Z direction, and the dielectric film 95 is provided between the first metal electrode 93 and the second metal electrode 97.

第1金属電極93は、第1金属層ML1および第2金属層ML2を含む。第1金属層ML1は、第3半導体層30に接する。第2金属層ML2は、第1金属層ML1の上に設けられる。第2金属電極97は、例えば、金およびクロムを含む。誘電体膜95は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウムなどの高誘電率材料を含む。 The first metal electrode 93 includes a first metal layer ML1 and a second metal layer ML2. The first metal layer ML1 contacts the third semiconductor layer 30. The second metal layer ML2 is provided on the first metal layer ML1. The second metal electrode 97 includes, for example, gold and chromium. The dielectric film 95 includes, for example, a high dielectric constant material such as aluminum oxide or hafnium oxide.

図7(b)に示すように、コンデンサ90は、第2半導体層30上に設けられる。コンデンサ90は、例えば、図1に示す半導体装置1と共に、MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)を構成する。 As shown in FIG. 7B, the capacitor 90 is provided on the second semiconductor layer 30. The capacitor 90, together with the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, constitutes, for example, a monolithic microwave integrated circuit (MMIC).

半導体装置4は、別の導電体80をさらに含む。導電体80は、半導体基板10、第1半導体層20および第1半導体層20の内部に延在し、第1金属電極93の第1金属層ML1に接するように設けられる。導電体80は、第1金属電極93に電気的に接続される。半導体基板10の裏面上の金属層70は、導電体80を介して、第1金属電極93に電気的に接続される。すなわち、コンデンサ90は、導電体80を介して、金属層70に電気的に接続される。 The semiconductor device 4 further includes another conductor 80. The conductor 80 extends into the semiconductor substrate 10, the first semiconductor layer 20, and the inside of the first semiconductor layer 20, and is provided so as to contact the first metal layer ML1 of the first metal electrode 93. The conductor 80 is electrically connected to the first metal electrode 93. The metal layer 70 on the back surface of the semiconductor substrate 10 is electrically connected to the first metal electrode 93 via the conductor 80. That is, the capacitor 90 is electrically connected to the metal layer 70 via the conductor 80.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

1、2、3、4…半導体装置、 10…半導体基板、 20…第1半導体層、 30…第2半導体層、 40…第1電極、 40F、50F、60F…フィンガー部、 40P、50P、60P…ボンディングパッド部、 50…第2電極、 60…第3電極、 60L…配線部、 65…絶縁膜、 70…金属層、 80…導電体、 80f…導電層、 90…コンデンサ、 93、97…金属電極、 95…誘電体膜、 105…エッチングマスク、 ML1…第1金属層、 ML2…第2金属層、 ML3…第3金属層、 ML4…第4金属層、 ML5…反応生成物、 VH…ビアホール 1, 2, 3, 4...semiconductor device, 10...semiconductor substrate, 20...first semiconductor layer, 30...second semiconductor layer, 40...first electrode, 40F, 50F, 60F...finger portion, 40P, 50P, 60P...bonding pad portion, 50...second electrode, 60...third electrode, 60L...wiring portion, 65...insulating film, 70...metal layer, 80...conductor, 80f...conductive layer, 90...capacitor, 93, 97...metal electrode, 95...dielectric film, 105...etching mask, ML1...first metal layer, ML2...second metal layer, ML3...third metal layer, ML4...fourth metal layer, ML5...reaction product, VH...via hole

Claims (5)

半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた半導体層と、前記半導体層上に設けられた電極と、前記半導体基板の前記半導体層とは反対側の裏面上に設けられた金属層と、前記半導体基板中および前記半導体層中に延在し、前記電極と前記金属層とを電気的に接続した導電体と、を含む半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板および前記半導体層をドライエッチングすることにより前記半導体基板の前記裏面から前記電極に連通する貫通孔を形成する工程と、
前記半導体層のドライエッチングに用いられたエッチングガスにより、前記貫通孔の底面に露出した前記電極の裏面上に形成される反応生成物を除去する工程と、
前記貫通孔内に前記電極に電気的に接続された前記導電体を形成する工程と、
前記半導体層の前記裏面上に前記導電体に、電気的に接続された前記金属層を形成する工程と、
を備え
前記半導体層の前記ドライエッチングに用いられた前記エッチングガスは、塩素を含み、
前記反応生成物は、前記電極の材料の塩化物であり、
前記反応生成物は、不活性ガスを用いたドライエッチングにより除去される、製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device including a semiconductor substrate, a semiconductor layer provided on the semiconductor substrate, an electrode provided on the semiconductor layer, a metal layer provided on a back surface of the semiconductor substrate opposite to the semiconductor layer, and a conductor extending into the semiconductor substrate and the semiconductor layer and electrically connecting the electrode and the metal layer, comprising:
forming a through hole communicating from the back surface of the semiconductor substrate to the electrode by dry etching the semiconductor substrate and the semiconductor layer;
removing a reaction product formed on a rear surface of the electrode exposed at a bottom surface of the through hole by an etching gas used in dry etching of the semiconductor layer;
forming the conductor electrically connected to the electrode within the through hole;
forming a metal layer on the back surface of the semiconductor layer, the metal layer being electrically connected to the conductor;
Equipped with
the etching gas used in the dry etching of the semiconductor layer contains chlorine;
the reaction product is a chloride of the electrode material;
The reaction products are removed by dry etching using an inert gas .
前記電極は、前記半導体層に接し、且つ、電気的に接続された第1層と、前記第1層とは異なる材料を含み、前記第1層上に積層された第2層と、を含み、
前記反応生成物は、前記第1層の構成元素を含む請求項記載の製造方法。
the electrode includes a first layer in contact with and electrically connected to the semiconductor layer, and a second layer including a material different from that of the first layer and stacked on the first layer;
The method according to claim 1 , wherein the reaction product contains the constituent elements of the first layer.
前記導電体は、前記第1層に接するように形成される請求項記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 2 , wherein the conductor is formed so as to be in contact with the first layer. 前記電極の前記第1層は、前記反応生成物と共に除去され、前記導電体は、前記電極の前記第2層に接するように形成される請求項記載の製造方法。 3. The method of claim 2 , wherein the first layer of the electrode is removed together with the reaction product, and the conductor is formed in contact with the second layer of the electrode. 前記半導体基板および前記半導体層は電気的に高抵抗であり、前記導電体は、前記貫通孔内において、前記半導体基板および前記半導体層に接する請求項1~のいずれか1つに記載の製造方法。 5. The manufacturing method according to claim 1 , wherein the semiconductor substrate and the semiconductor layer have high electrical resistance, and the conductor is in contact with the semiconductor substrate and the semiconductor layer within the through hole.
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