JP2020013059A - 装置の製造方法 - Google Patents

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substrate
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濱田 悦男
Etsuo Hamada
悦男 濱田
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
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Abstract

【課題】コストを低減できる装置の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る装置の製造方法は、第1工程と、第2工程と、第3工程と、を備える。前記第1工程では、第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有する光透過性の基板に対して、前記第1面に前記基板よりも光透過性が低い構造体を設ける。前記第2工程では、前記第2面にネガ型のフォトレジストを設ける。前記第3工程では、前記構造体をマスクとして用いて、前記基板に光を透過させて前記フォトレジストの一部を露光する。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、装置の製造方法に関する。
基板の両面に電極などの構造体が設けられた装置がある。この装置を製造するための方法において、コストの低減が求められている。
特開平10−177974号公報
本発明が解決しようとする課題は、コストを低減できる装置の製造方法を提供することである。
実施形態に係る装置の製造方法は、第1工程と、第2工程と、第3工程と、を備える。前記第1工程では、第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有する光透過性の基板に対して、前記第1面に前記基板よりも光透過性が低い構造体を設ける。前記第2工程では、前記第2面にネガ型のフォトレジストを設ける。前記第3工程では、前記構造体をマスクとして用いて、前記基板に光を透過させて前記フォトレジストの一部を露光する。
実施形態に係る製造方法により製造された装置を例示する断面図である。 実施形態に係る装置の製造方法を表す工程断面図である。 実施形態に係る装置の製造方法を表す工程断面図である。 実施形態に係る装置の製造方法を表す工程断面図である。 実施形態に係る装置の製造方法を表す工程平面図である。 実施形態に係る製造方法により製造された別の装置を例示する断面図である。 実施形態に係る製造方法により製造された別の装置を例示する平面図である。 実施形態に係る製造方法により製造された別の装置を例示する図である。 実施形態に係る装置の別の製造方法を表す工程断面図である。 実施形態に係る装置の別の製造方法を表す工程断面図である。 実施形態に係る装置の別の製造方法を表す工程斜視図である。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的又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。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。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、実施形態に係る製造方法により製造された装置を例示する断面図である。
図1に表した例において、装置1は、ショットキーバリアダイオードである。装置1は、半導体層10、第1電極21、絶縁部22、及び第2電極30を有する。
半導体層10は、上面USと、上面USの反対側の下面LSと、を有する。上面USには、第1電極21及び絶縁部22が設けられている。絶縁部22は、第1電極21の周りに設けられている。下面LSには、第2電極30が設けられている。
以下の説明及び図面において、n、n、n及びp、pの表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「+」が付されている表記は、「+」及び「−」のいずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に高く、「−」が付されている表記は、いずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、これらの表記は、それぞれの領域にp形不純物とn形不純物の両方が含まれている場合には、それらの不純物が補償しあった後の正味の不純物濃度の相対的な高低を表す。
以下で説明する実施形態において、各半導体領域のp形とn形が反転されても良い。
半導体層10は、例えば、n形半導体領域11、n形半導体領域12、n形半導体領域13、及びp形半導体領域14を有する。n形半導体領域11は、第2電極30の上に設けられ、第2電極30と電気的に接続されている。n形半導体領域12は、n形半導体領域11の上に設けられている。n形半導体領域13は、n形半導体領域12の上に設けられている。p形半導体領域14は、n形半導体領域13の上に複数設けられ、第1電極21と電気的に接続されている。
半導体層10は、光透過性である。第1電極21の光透過性は、半導体層10の光透過性よりも低い。絶縁部22の光透過性は、例えば半導体層10の光透過性よりも低い。第2電極30は、光透過性であっても良いし、光透過性でなくても良い。
半導体層10は、半導体材料として、炭化シリコン、窒化ガリウム、又はガリウムヒ素を含む。半導体材料として炭化シリコンが用いられる場合、n形不純物として窒素又はリンが用いられ、p形不純物としてアルミニウム又はボロンが用いられる。
第1電極21及び第2電極30は、アルミニウム、銅などの金属を含む。絶縁部22は、エポキシ樹脂などの有機絶縁材料を含む。絶縁部22は、酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機絶縁材料を含んでいても良い。又は、絶縁部22は、無機絶縁材料を含む層と、有機絶縁材料を含む層と、を有していても良い。絶縁部22の光透過性が、半導体層10の光透過性よりも低い場合、絶縁部22は、エポキシ樹脂、窒化シリコンなどを含む。
図2〜図4は、実施形態に係る装置の製造方法を表す工程断面図である。
図5は、実施形態に係る装置の製造方法を表す工程平面図である。
図2(a)に表したように、基板Subを用意する。基板Subは、上述した、半導体層10と同様の半導体材料を含む。基板Subは、第1面S1と、第1面S1の反対側の第2面S2と、を有する。以降の実施形態の説明では、XYZ直交座標系を用いる。第1面S1と第2面S2を結ぶ方向をZ方向(第1方向)とする。Z方向に対して垂直であり、相互に直交する2方向をX方向(第2方向)及びY方向とする。
基板Subに適宜イオン注入し、不図示の半導体領域を形成する。図2(b)に表したように、第1面S1に複数の構造体20を形成する。それぞれの構造体20は、図1に表した第1電極21及び絶縁部22を有する。図5(a)に表したように、複数の構造体20は、X方向及びY方向において、互いに離間している。
基板Subが所定の厚さになるまで、基板Subの第2面S2側を研磨する。研磨は、例えば図2(c)に表したように、グラインダGを基板Subの第2面S2に接触させ、グラインダG及び基板Subを回転させて行う。図2(d)に表したように、研磨された第2面S2に、フォトレジストPRを設ける。フォトレジストPRは、ネガ型である。図3(a)に表したように、基板Subの第1面S1側から基板Subに向けて、Z方向に沿って光Lを照射する。
基板Subは、光透過性である。また、構造体20の光透過性は、基板Subの光透過性よりも低い。光Lの波長は、基板Subにより吸収され難い値に設定される。例えば、基板Subが炭化シリコンを含む場合、波長が405nm(h線)の光Lが用いられる。
構造体20同士の間隙に入射した光Lは、基板Subを透過し、フォトレジストPRの一部を照射する。光Lが照射されたフォトレジストPRの一部は、硬化する。構造体20に入射した光Lは、構造体20を透過せず、基板Subに入射しない。又は、光Lが構造体20を透過した場合でも、その光Lの強度は、フォトレジストPRの硬化に必要な強度よりも低い。すなわち、構造体20が、フォトレジストPRを露光する際のマスクとして機能する。
フォトレジストPRに薬液A1を塗布し、フォトレジストPRを現像する。これにより、図3(b)に表したように、現像されていないフォトレジストPRの他の部分が除去されてフォトレジストPRの前記一部が残るとともに、第2面S2の一部が露出する。図3(c)に表したように、フォトレジストPRの前記一部及び露出した第2面S2の前記一部を覆う金属層30mを形成する。
図3(d)に表したように、第2面S2に、フォトレジストPRを除去するための薬液A2を塗布する。フォトレジストPRが除去される際、フォトレジストPRの上に形成された金属層30mの一部が除去される。図4(a)に表したように、金属層30mの別の一部が第2面S2に残る。この結果、X方向及びY方向において互いに離間した複数の第2電極30が形成される。また、フォトレジストPRが除去されることで、第2面S2の一部が露出する。
図4(b)に表したように、基板Subを、ダイシングラインDLに沿ってダイシングする。ダイシングラインDLは、図4(b)及び図5(b)に表したように、金属層30mが除去された部分及び構造体20同士の間を通る。以上の工程により、図1に表した装置1が製造される。
実施形態の効果を説明する。
参考例として、以下のデバイスの製造方法が挙げられる。まず、基板Subの第1面S1に複数の構造体20を形成する。次に、第2面S2の全面に金属層30mを直接形成する。金属層30mの上にフォトレジストを形成する。続いて、フォトレジストを露光してパターニングする。パターニングされたフォトレジストをマスクとして用いて、金属層30mをパターニングする。この製造方法によれば、第2面S2に、互いに離間した複数の第2電極30を形成できる。第2電極30同士の間において基板Subをダイシングすることで、金属層30mをダイシングする必要が無い。
金属層30mの材料は、一般的に、基板Subの材料よりも柔らかい。基板Subをブレードでダイシングする場合、金属層30mをダイシングすると、ブレードに金属層30mの材料が目詰まりする。ブレードが目詰まりすると、基板Sub及び金属層30mを適切にダイシング出来ず、品質不良が発生する可能性がある。
又は、基板Subをレーザダイシングする場合、金属層30mはレーザを反射する。基板Subをステルスダイシング(登録商標)する場合、金属層30mは基板Subよりもクラックが発生し難い。従って、これらの方法によりダイシングする場合、金属層30mは別の方法によりダイシングする必要があり、工程数が増加する。
参考例に係る製造方法によれば、金属層のダイシングが不要となることで、上記の課題を解決できる。
一方、参考例に係る製造方法によれば、第1面S1に設けられた構造体20の配置に合わせて、第2面S2側のフォトレジストをパターニングする必要がある。このような両面のアライメント機能を備えた露光装置は、高額であり、製造される装置のコストを増加させる。
実施形態に係る製造方法によれば、第2面S2のフォトレジストPRに、第1面S1側から基板Subを通して光Lを照射する。構造体20の光透過性は、基板Subの光透過性よりも低い。このため、フォトレジストPRが構造体20の配置に応じて露光される。従って、実施形態によれば、両面のアライメント機能を備えた露光装置が不要となり、フォトレジストPRの露光に必要なコストを低減できる。この結果、製造される装置のコストを低減できる。
また、実施形態に係る製造方法によれば、フォトレジストPRを露光する前に、図2(c)に表したように基板Subの第2面S2側が研磨される。基板Subの厚さが薄くなることで、構造体20同士の間から基板Subに入射した光Lが、基板Subを透過し易くなる。これにより、フォトレジストPRのパターニングの精度を向上させることができる。
基板Subを研磨した後、フォトレジストPRを設ける前に、基板Subの第2面S2を洗浄しても良い。洗浄により、基板Subの第2面S2に付着した研磨屑などのごみが除去される。洗浄は、例えば、水、フッ化水素酸、又は界面活性剤などを用いて行われる。ごみを除去することで、第2面S2とフォトレジストPRとの密着性が向上する。また、フォトレジストPRを露光する際、基板Subを透過した光Lがごみにより反射されることを抑制し、フォトレジストPRのパターニングの精度を向上させることができる。
また、フォトレジストPRを露光させる際、十分な量の光Lを基板Subに入射させるために、構造体20同士の間の距離は、10μm以上であることが望ましい。一方、距離が長すぎると、1つの基板Subから得られる装置の数が少なくなる。これらの観点から、当該距離は、10μm以上1mm以下であることが望ましい。
例えば、実施形態に係る製造方法によれば、図5(a)及び図5(b)に表したように、第2電極30のX方向における長さL1及びY方向における長さL2は、それぞれ、構造体20のX方向における長さL3及びY方向における長さL4と同じになる。長さL1〜長さL4には、誤差が在っても良い。例えば、それぞれの長さには、10%以下の誤差が生じうる。従って、長さL1と長さL3との差が、長さL1又は長さL3の10%以下である場合、これらの長さは実質的に同じとみなせる。長さL2と長さL4との差が、長さL2又は長さL4の10%以下である場合、これらの長さは実質的に同じとみなせる。
なお、構造体20の具体的な構成は、適宜変更可能である。例えば、絶縁部22が光透過性であり、第1電極21が光Lを遮るための構造体20として機能しても良い。この場合、第2電極30のX方向における長さ及びY方向における長さは、それぞれ、第1電極21のX方向における長さ及びY方向における長さと、実質的に同じとなる。
実施形態に係る製造方法により製造される装置は、図1の例に限定されない。例えば、装置1において、半導体層10における半導体領域の構造が、図1と異なっていても良い。又は、装置1が、PNダイオード又はPINダイオードであっても良い。あるいは、装置1が、以下で説明するMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であっても良い。第1電極21、絶縁部22、及び第2電極30の数や形状、材料等は、装置に応じて適宜変更可能である。また、半導体層10において各半導体領域を形成するタイミングは、任意であり、上述した例に限定されない。
図6は、実施形態に係る製造方法により製造された別の装置を例示する断面図である。
図7は、実施形態に係る製造方法により製造された別の装置を例示する平面図である。
図6(a)に表した装置2は、MOSFETである。装置2において、半導体層10は、n形半導体領域11、n形半導体領域12、p形半導体領域14、及びn形半導体領域15を有する。p形半導体領域14は、n形半導体領域12の上に設けられている。n形半導体領域15は、p形半導体領域14の上に設けられている。また、半導体層10には、ゲート電極16が設けられている。ゲート電極16は、ゲート絶縁層16aを介して、n形半導体領域12、p形半導体領域14、及びn形半導体領域15と対向している。
上面USには、構造体20が設けられている。装置2において、構造体20は、複数の第1電極21及び絶縁部22を有する。複数の第1電極21は、電極21a及び電極21bを含む。電極21aは、p形半導体領域14及びn形半導体領域15の上に設けられ、これらの領域と電気的に接続されている。電極21bは、ゲート電極16と電気的に接続されている。図6(a)及び図7に表したように、複数の第1電極21は、互いに離間している。絶縁部22は、電極21a及び21bの周り、電極21aと21bとの間に設けられている。
図6(b)に表した装置3は、IGBTである。装置3において、半導体層10は、n形半導体領域11に代えて、p形半導体領域18及びn形半導体領域19を有する。p形半導体領域18は、第2電極30と電気的に接続されている。n形半導体領域19は、p形半導体領域18とn形半導体領域12との間に設けられている。装置3においても、構造体20は、複数の第1電極21及び絶縁部22を有する。
これらの装置2及び3の製造方法に対しても、実施形態に係る製造方法を適用することが可能である。すなわち、図2〜図4に表したように、基板Subの第1面S1に設けられた構造体20をマスクとして用いて、第2面S2に設けられたフォトレジストPRを露光する。これにより、第2面S2に、互いに離間した複数の第2電極30を形成できる。この結果、装置2及び3の製造に要するコストを低減できる。
装置2及び3を製造する場合、第1電極21及び絶縁部22のそれぞれの光透過性が、半導体層10(基板Sub)の光透過性よりも低いことが望ましい。絶縁部22が光透過性の場合、図3(a)に表した工程において、第1電極21同士の隙間から光Lが基板Subへ入射する。この結果、1つの装置に対して、互いに離間した複数の第2電極30が形成されうる。絶縁部22の光透過性が半導体層10(基板Sub)の光透過性よりも低いことで、第1電極21同士の隙間から光Lが基板Subへ入射し難くなる。これにより、1つの装置に対して、1つの第2電極30を形成できる。
なお、図6(a)及び図6(b)に表した例において、装置2及び3は、ゲート電極16が半導体層10中に設けられたトレンチ型構造を有していた。この例に限定されず、装置2及び3は、ゲート電極16が半導体層10の上に設けられたプレーナ型構造を有していても良い。
上述した例では、実施形態に係る製造方法により、半導体装置が製造される例を説明した。実施形態に係る製造方法は、半導体装置の製造以外にも適用可能である。以降では、実施形態に係る製造方法を、別の装置の製造方法に適用する場合を説明する。
図8は、実施形態に係る製造方法により製造された別の装置を例示する図である。
図8(a)は斜視図であり、図8(b)は図8(a)のA−A’線における断面図である。
装置4は、ジャイロセンサである。装置4は、図8(a)及び図8(b)に表したように、第1電極21、第2電極30、基材40、及び第3電極45を有する。基材40は、複数の延在部41及び連結部42を有する。複数の延在部41は、互いに離間し、且つ互いに平行に延びている。各延在部41の一端は、連結部42により連結されている。
図8(b)に表したように、第1電極21は、延在部41の上面USに設けられている。第2電極30は、延在部41の下面LSに設けられている。第3電極45は、延在部41の側面SSに設けられている。第1電極21、第2電極30,及び第3電極45は、互いに離間している。
連結部42の上面USには、複数の配線I及び複数の電極パッドPが設けられている。連結部42の下面LSにも、不図示の複数の配線及び複数の電極パッドが設けられている。第1電極21、第2電極30,及び第3電極45は、それぞれ、複数の配線を介して、複数の電極パッドと接続されている。
基材40は、光透過性である。第1電極21、第2電極30,及び第3電極45のそれぞれの光透過性は、基材40の光透過性よりも低い。基材40は、酸化シリコン(石英)を含む。第1電極21、第2電極30,及び第3電極45は、アルミニウム、銅などの金属を含む。
図9及び図10は、実施形態に係る装置の別の製造方法を表す工程断面図である。
図11は、実施形態に係る装置の別の製造方法を表す工程斜視図である。
まず、図9(a)に表したように、基板Subを用意する。基板Subは、第1面S1及び第2面S2を有する。基板Subは、酸化シリコンを含む。基板Subを、例えばブラスト処理により、図9(b)に表した形状に加工する。これにより、図11(a)に表したように、1つの基板Subから、複数の基材40が作製される。
基材40の上面US及び側面SSに金属層21mを形成し、図9(c)に表したように、金属層21mをパターニングする。これにより、第1電極21、第3電極45の一部、複数の配線の一部、及び複数の電極パッドの一部が形成される。
図9(d)に表したように、基板Subの第2面S2にフォトレジストPRを設ける。図10(a)に表したように、基板Subの第1面S1側から基板Subに向けて、光Lを照射する。基板Subが、酸化シリコンを含むサファイア基板の場合、波長が365nm(i線)、405nm(h線)、又は436nm(g線)の光Lが用いられる。光Lは、基板Subの金属層21mが設けられていない部分を通って、フォトレジストPRの一部を照射する。
フォトレジストPRに薬液を塗布し、フォトレジストPRを現像する。これにより、図10(b)に表したように、フォトレジストPRの前記一部が残る。図10(c)に表したように、フォトレジストPRの前記一部、第2面S2、及び延在部41の側面を覆う金属層30mを形成する。
第2面S2に、フォトレジストPRを除去するための薬液を塗布する。フォトレジストPRが除去される際、フォトレジストPRの上に形成された金属層30mの前記一部が除去される。残った金属層30mを加工し、基材40の第2面S2に複数の配線及び複数の電極パッドを形成する。図11(b)に表したように、基板Subを線CLに沿って切断し、それぞれの基材40を基板Subの外枠Fから切り離す。以上の工程により、図8(a)及び図8(b)に表した装置4が製造される。
図9及び図10に表したように、実施形態に係る製造方法を用いることで、第1面S1側に設けられた構造体(金属層21m)を用いて、第2面S2側にパターニングされた金属層30mを形成できる。このため、半導体装置の製造工程と同様に、両面のアライメント機能を備えた露光装置が不要となる。フォトレジストPRの露光に必要なコストを低減でき、製造される装置のコストを低減できる。
実施形態に係る製造方法によれば、例えば、以下の構造を有する装置4が製造される。すなわち、延在部41が延びる延在方向に対して垂直な直交方向における第1電極21の長さは、前記直交方向における第2電極30の長さと実質的に同じである。第1電極21と第3電極45との前記直交方向における間隙は、第2電極30と第3電極45との前記直交方向における間隙と実質的に同じである。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、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、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、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。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
1〜4 装置、 10 半導体層、 11 n形半導体領域、 12 n形半導体領域、 13 n形半導体領域、 14 p形半導体領域、 15 n形半導体領域、 16 ゲート電極、 18 p形半導体領域、 19 n形半導体領域、 20 構造体、 21、21a、21b 第1電極、 21m 金属層、 22 絶縁部、 30 第2電極、 30m 金属層、 40 基材、 41 延在部、 42 連結部、 45 第3電極、 A1、A2 薬液、 DL ダイシングライン、 F 外枠、 G グラインダ、 L 光、 L1〜L4 長さ、 CL 線、 LS 下面、 P 電極パッド、 PR フォトレジスト、 S1 第1面、 S2 第2面、 SS 側面、 Sub 基板、 US 上面

Claims (9)

  1. 第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有する光透過性の基板に対して、前記第1面に前記基板よりも光透過性が低い構造体を設ける工程と、
    前記第2面にネガ型のフォトレジストを設ける工程と、
    前記構造体をマスクとして用いて、前記基板に光を透過させて前記フォトレジストの一部を露光する工程と、
    を備えた装置の製造方法。
  2. 前記構造体は、前記第1面に複数設けられ、
    前記複数の構造体は、互いに離間し、
    前記露光する工程において、前記複数の構造体をマスクとして用いて、前記フォトレジストの前記一部を露光する請求項1記載の装置の製造方法。
  3. 前記露光する工程の後に前記フォトレジストの別の一部を除去し、前記第2面の一部を露出させる工程と、
    前記フォトレジストの前記一部及び露出した前記第2面の前記一部を覆う金属層を形成する工程と、
    前記フォトレジストの前記一部を除去することで前記金属層の一部を除去する工程と、
    をさらに備えた請求項2記載の装置の製造方法。
  4. 前記複数の構造体のそれぞれは、第1電極と、前記第1電極の周りに設けられた絶縁部と、を有し、
    前記金属層の前記一部を除去することで、互いに離間した複数の第2電極が前記第2面に形成される請求項3記載の装置の製造方法。
  5. 前記第1面と前記第2面とを結ぶ第1方向に対して垂直な第2方向における前記構造体の長さは、前記第2方向における前記第2電極の長さと同じである請求項4記載の装置の製造方法。
  6. 前記金属層の前記一部が除去された部分及び前記構造体同士の間を通るダイシングラインに沿って、前記基板をダイシングする工程をさらに備えた請求項3〜5のいずれか1つに記載の装置の製造方法。
  7. 前記構造体同士の距離は、10μm以上1mm以下である請求項2〜6のいずれか1つに記載の装置の製造方法。
  8. 前記基板は、炭化シリコン、窒化ガリウム、又はガリウムヒ素を含む請求項1〜7のいずれか1つに記載の装置の製造方法。
  9. 前記フォトレジストを設ける前に、前記構造体が設けられた前記基板の前記第2面側を研磨する工程をさらに備えた請求項1〜8のいずれか1つに記載の装置の製造方法。
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