JP2021043429A - Iii−v族半導体デバイスの相互接続を作成する方法、及びそれによって作成された相互接続を含むiii−v族半導体デバイス - Google Patents

Iii−v族半導体デバイスの相互接続を作成する方法、及びそれによって作成された相互接続を含むiii−v族半導体デバイス Download PDF

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Abstract

【課題】作成される相互接続の高さが著しく増加するような、III−V族半導体デバイスの相互接続を作成する方法を提供する。【解決手段】III−V族半導体デバイスの相互接続を作成する方法において、ポジ型フォトレジスト層(200)及び像反転性フォトレジスト層(300)を塗布するステップと、像反転性フォトレジスト層(300)及びポジ型フォトレジスト層(200)をパターン露光させるステップと、像反転性フォトレジスト層(300)を像反転ベークさせるステップと、像反転性フォトレジスト層(300)及びポジ型フォトレジスト層(200)をフラッド露光させるステップと、像反転性フォトレジスト層(300)及びポジ型フォトレジスト層(200)を現像させるステップと、拡散バリア層(24)を堆積するステップと、銅層を堆積し、且つ、像反転性フォトレジスト層(300)及びポジ型フォトレジスト層(200)を除去するステップと、を含む。【選択図】図1

Description

本開示は、相互接続を作成する方法に関し、より詳細には、III−V族半導体デバイスの相互接続を作成する方法に関する。また、本開示は、該方法によって作成された相互接続を含むIII−V族半導体デバイスに関する。
高出力、優れた線形性、高遮断周波数、低電力損失など複数のパワーデバイスに対する利点があるIII−V族材料(例えば、GaN、GaAsなど)で作られたパワーデバイスの幾つかの例として、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBTs)及び高電子移動度トランジスタ(HEMTs)がある。従って、III−V族材料は、高周波パワーデバイスを製造するための優れた材料と考えられている。
高周波パワーデバイスは、通常、高電圧、高電流、高周波の条件下で動作されるため、一般のパワーデバイスよりも高い通電容量と熱放散能力を備える必要がある。しかしながら、一般のパワーデバイスによく使用される2μmの厚さを有する金属相互接続は、高周波パワーデバイスの動作に使用される前述の条件に耐えることができない。また、高さが不十分な金属相互接続を備えた高周波パワーデバイスの動作周波数を上げると、高周波パワーデバイスの寄生インピーダンスが大幅に増加し、高周波パワーデバイスの動作性能に悪影響を与える可能性がある。従って、高周波パワーデバイスの動作性能を満たすために、十分な高さを有する金属相互接続を提供することが望ましい。
米国特許出願公開第2007/0040274号明細書には、III−V族半導体デバイスの相互接続を作成して相互接続のプロセスウインドウを増加させるための製造方法が開示されている。該製造方法は、III−V族半導体デバイス上に中間層を形成するステップと、該中間層内のIII−V族半導体デバイスの一部を露出させる複数の開口を画成するステップと、該III−V族半導体デバイスの露出部分上に第1の接着層を形成するステップと、該第1の接着層上に拡散バリア層を形成するステップと、該拡散バリア層上に第2の接着層を形成するステップと、該第2の接着層上に銅層を形成するステップとを含む。この製造方法において、III−V族半導体デバイスと銅配線とのインタフェースに、第2の接着層/拡散バリア層/第1の接着層を含む積層構造が形成されることにより、拡散バリア層は、確実にIII−V族半導体デバイス、中間層及び銅層に効果的に付着して、銅線の銅がIII−V族半導体デバイスに拡散することを防ぐ。
米国特許出願公開第2007/0040274号明細書
本開示の第1の目的は、作成される相互接続の高さが著しく増加するような、III−V族半導体デバイスの相互接続を作成する方法を提供することである。
本開示の第2の目的は、該方法によって作られた相互接続を含むIII−V族半導体デバイスを提供することである。
本開示の第1の態様によれば、III−V族半導体デバイスの相互接続を作成する方法が提供され、その方法は
(a)III−V族半導体デバイスの導電部上に第1の厚さを有するポジ型フォトレジスト層を塗布するステップと、
(b)前記ポジ型フォトレジスト層上に第2の厚さを有する像反転性フォトレジスト層を塗布するステップと、
(c)前記像反転性フォトレジスト層及び前記ポジ型フォトレジスト層のそれぞれに、現像可能な形態の第1の部分及び現像不可能な形態の第2の部分が形成されるように、前記像反転性フォトレジスト層及び前記ポジ型フォトレジスト層をパターン露光させて、前記像反転性フォトレジスト層の前記第1の部分及び前記第2の部分が前記ポジ型フォトレジスト層の前記第1の部分及び前記第2の部分の上に重なるステップと、
(d)前記像反転性フォトレジスト層を像反転ベークさせて、前記像反転性フォトレジスト層の前記第1の部分及び前記第2の部分を、現像可能な形態及び現像不可能な形態から、それぞれ現像不可能な形態及び現像可能な形態に変換するステップと、
(e)前記像反転性フォトレジスト層及び前記ポジ型フォトレジスト層をフラッド露光させて、前記ポジ型フォトレジスト層の前記第2の部分を現像不可能な形態から現像可能な形態に変換するステップと、
(f)前記像反転性フォトレジスト層及び前記ポジ型フォトレジスト層のそれぞれの現像可能な形態の前記第2の部分が除去されるように、前記像反転性フォトレジスト層及び前記ポジ型フォトレジスト層を現像させて、前記III−V族半導体デバイスの前記導電部で終結するように下方に延伸する開口部に隣接するアンダーカット側壁を前記像反転性フォトレジスト層に形成するステップと、
(g)前記開口部を介して前記III−V族半導体デバイスの前記導電部上に拡散バリア層を堆積するステップと、
(h)前記開口部を介して前記拡散バリア層上に銅層を堆積して、相互接続を形成するステップと、を含む。
本開示の第2の態様によれば、基板と、前記基板上に形成された導電部と、上記の方法によって作成され、前記導電部上に形成された相互接続と、を含むIII−V族半導体デバイスが提供される。
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下の実施形態の詳細に説明することにより明白になる。
本開示によるIII−V族半導体デバイスの相互接続を作成する方法の実施形態のフロー図である。 本開示による方法の実施形態の一連のステップを示す概略図である。 本開示による方法の実施形態の一連のステップを示す概略図である。 本開示による方法の実施形態の一連のステップを示す概略図である。 本開示による方法の実施形態の一連のステップを示す概略図である。 本開示による方法の実施形態の一連のステップを示す概略図である。 本開示による方法の実施形態の一連のステップを示す概略図である。 本開示による方法の実施形態の一連のステップを示す概略図である。 本開示による方法の実施形態によって作られた相互接続を含むIII−V族半導体デバイスの概略斜視図である。
図1〜図8を参照すると、本開示によるIII−V族半導体デバイス2の相互接続25を作成する方法の実施形態は、(a)ポジ型フォトレジスト層200を塗布するステップと、(b)像反転性フォトレジスト層300を塗布するステップと、(c)該像反転性フォトレジスト層300及び該ポジ型フォトレジスト層200をパターン露光させるステップと、(d)該像反転性フォトレジスト層300を像反転ベークさせるステップと、(e)該像反転性フォトレジスト層300及び該ポジ型フォトレジスト層200をフラッド露光させるステップと、(f)該像反転性フォトレジスト層300及び該ポジ型フォトレジスト層200を現像させるステップと、(g)拡散バリア層24を堆積するステップと、(h)銅層を堆積するステップと、(i)該像反転性フォトレジスト層300及び該ポジ型フォトレジスト層200を除去するステップとを含む。
具体的に図2を参照すると、ステップ(a)において、第1の厚さを有するポジ型フォトレジスト層200が、III−V族半導体デバイス2の導電部22上に塗布される。
導電部22は、III−V族半導体デバイス2のIII−V族半導体コンポーネント21上に配置されて、電極として形成される。III−V族半導体コンポーネント21は、例えば、ヒ化ガリウム(GaAs)で作られた、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)または金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)などの当技術分野で周知の任意の半導体電力コンポーネントであり得る。
特定の実施形態において、ステップ(a)は、500rpm〜4500rpmの範囲の回転速度で5秒〜60秒の範囲の時間で、III−V族半導体デバイス2の導電部22上にポジ型フォトレジストをスピンコーティングすることにより実施され、ポジ型フォトレジストが乾燥した後に、ポジ型フォトレジスト層200が形成される。ポジ型フォトレジストは、光(例えば、紫外線)の照射後に現像液に溶解できる当技術分野で周知の任意のポジ型フォトレジストであり得る。ポジ型フォトレジストの非限定的な例は、AZ4620(Merck社からの市販品)である。
ステップ(b)においては、第2の厚さを有する像反転性フォトレジスト層300が、ポジ型フォトレジスト層200上に塗布される。特定の実施形態において、像反転性フォトレジスト層300の第2の厚さは、ポジ型フォトレジスト層200の第1の厚さよりも小さい。特定の実施形態において、第1の厚さは2μm〜12μmの範囲にあり、第2の厚さは1.14μm〜2.3μmの範囲にある。
特定の実施形態において、ステップ(b)は、500rpm〜6000rpmの範囲の回転速度で5秒〜60秒の範囲の時間で、ポジ型フォトレジスト層200上に像反転性フォトレジストをスピンコーティングすることにより実施され、像反転性フォトレジストが乾燥した後に、像反転性フォトレジスト層300が形成される。像反転性フォトレジストの非限定的な例は、AZ5214E(Merckからの市販品)である。
具体的に図3を参照すると、ステップ(c)においては、像反転性フォトレジスト層300及びポジ型フォトレジスト層200のそれぞれに、現像可能な形態の第1の部分301、201(マーク「X」で示されている)及び現像不可能な形態の第2の部分302、202が形成されるように、像反転性フォトレジスト層300及びポジ型フォトレジスト層200をパターン露光させる。像反転性フォトレジスト層300の第1の部分301及び第2の部分302のそれぞれは、ポジ型フォトレジスト層200の第1の部分201及び第2の部分202の上に重なる。
特定の実施形態において、ステップ(c)において、パターン露光は、マスク400を介して、像反転性フォトレジスト層300及びポジ型フォトレジスト層200を、波長が365nm〜436nmの範囲にある放射線で0.3秒〜2秒間、露光させることにより実施される。特定の実施形態において、パターン露光は、波長が365nmにある紫外線による1.2秒間の露光により実施される。
具体的に図4を参照すると、ステップ(d)において、像反転性フォトレジスト層300を像反転ベークさせて、像反転性フォトレジスト層300の第1の部分301及び第2の部分302を、現像可能な形態及び現像不可能な形態から、それぞれ現像不可能な形態及び現像可能な形態に変換する。像反転ベークした後の像反転性フォトレジスト層300及びポジ型フォトレジスト層200の現像可能な形態の部分は、図4において符号「X」で示されている。
特定の実施形態において、ステップ(d)において、像反転ベークは、100℃〜120℃の範囲のベーキング温度で、90秒〜150秒の範囲の時間で実施される。特定の実施形態において、像反転ベークは、110℃のベーキング温度で120秒間実施される。
具体的に図5を参照すると、ステップ(e)において、像反転性フォトレジスト層300及びポジ型フォトレジスト層200をフラッド露光させて、ポジ型フォトレジスト層200の第2の部分202を現像不可能な形態から現像可能な形態に変換する。フラッド露光した後の像反転性フォトレジスト層300及びポジ型フォトレジスト層200の現像可能な形態の部分は、図5における符号「X」で示されている。
特定の実施形態において、フラッド露光は、像反転性フォトレジスト層300及びポジ型フォトレジスト層200を、波長が365nm〜436nmの範囲にある放射線で、5秒〜15秒の範囲で露光させることにより実施される。
具体的に図6を参照すると、ステップ(f)において、像反転性フォトレジスト層300及びポジ型フォトレジスト層200のそれぞれの現像可能な形態の第2の部分302、202が除去されるように、像反転性フォトレジスト層300及びポジ型フォトレジスト層200を現像させ、それによって、III−V族半導体デバイス2の導電部22で終結するように下方に延伸する開口部500に隣接するアンダーカット側壁303を像反転性フォトレジスト層300に形成する。具体的には、開口部500は、III−V族半導体デバイス2の導電部22で終結するように末広がりに下方に延伸している。
特定の実施形態において、ステップ(f)において、現像は、1.5分〜5分の範囲の時間で、現像液中における撹拌下で実施される。
具体的に図7を参照すると、ステップ(g)において、拡散バリア層24は、開口部500を介してIII−V族半導体デバイス2の導電部22上に堆積されて、その後に堆積される銅層に含まれる銅原子の拡散を防ぐ。拡散バリア層24がないと、銅原子の拡散によりIII−V族半導体デバイス2の電気的性能が低下する可能性がある。拡散バリア層24は、単層構成または多層構成として形成されることができる。ステップ(g)において、図示された実施形態に示されるように、拡散バリア層24は多層構成で形成され、該構成は、
(g1)III−V族半導体デバイス2の導電部22上に10nm〜50nmの範囲の厚さを有する第1のチタン層241をスパッタ堆積するサブステップと、
(g2)第1のチタン層241上に30nm〜60nmの範囲の厚さを有する窒化タングステン層242をスパッタ堆積するサブステップと、
(g3)窒化タングステン層242上に10nm〜50nmの範囲の厚さを有する第2のチタン層243をスパッタ堆積するサブステップとを含む。
ステップ(h)において、銅層は、開口部500を介して拡散バリア層24上に堆積されることにより、相互接続25を形成する。像反転性フォトレジスト層300には、アンダーカット側壁303と下向きに末広がりの開口部500とが形成されるため、ステップ(h)で堆積した銅層は像反転性フォトレジスト層300と接触しないので、このように形成された相互接続25は、アンダーカット側壁303から離れた部分となり、従って、相互接続25の構成が損なわれない。
特定の実施形態において、ステップ(h)(即ち、銅層を堆積して相互接続25を形成すること)は、電子銃蒸着システムを使用して実施される。
図8を参照すると、像反転性フォトレジスト層300及びポジ型フォトレジスト層200は、例えばリフトオフ方法により除去される。
図8及び図9を参照すると、III−V族半導体デバイス2は、基板(例えば、上述の半導体コンポーネント21)と、基板上に形成された導電部22と、誘電体分離層23に形成された開口部を介して導電部22を露出するように、導電部22を部分的に覆っている誘電体分離層23と、上述の方法によって作成され、導電部22上に形成された相互接続25と、導電部22と相互接続25との間に配置されている拡散バリア層24とを含む。
具体的に図1及び図7を再び参照すると、ステップ(a)においては、比較的に厚い厚さを有するポジ型フォトレジスト層200が、III−V族半導体デバイス2の導電部22上に塗布された。従って、このようにIII−V族半導体デバイス2の導電部22上に形成された相互接続25は、導電性及び熱放散を高めるために著しく高さが増加され、そして、相互接続25が形成されたIII−V族半導体デバイス2は、高周波パワーデバイスとして使用できる。特定の実施形態において、相互接続25は、3μmより大きく且つ10μmを超えない厚さを有する。
その上、像反転性フォトレジスト層300は、アンダーカット側壁303と、末広がりで下方に延びる開口部500とが形成されたため、ステップ(h)中に堆積された銅層は、像反転性フォトレジスト層300と接触しなく、そして、このように形成された相互接続25は、アンダーカット側壁303から離間した部分となり、従って、相互接続25の構成が損なわれない。
上記においては、説明のため、本発明の全体的な理解を促すべく多くの具体的な詳細が示された。しかしながら、当業者であれば、一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。また、本明細書における「一つの実施形態」「一実施形態」を示す説明において、序数などの表示を伴う説明は全て、特定の態様、構造、特徴を有する本発明の具体的な実施に含まれ得るものであることと理解されたい。更に、本説明において、時には複数の変形例が一つの実施形態、図面、またはこれらの説明に組み込まれているが、これは本説明を合理化させるためのもので、また、本発明の多面性が理解されることを目的としたものであり、また、一実施形態における一またはそれ以上の特徴あるいは特定の具体例は、適切な場合には、本開示の実施において、他の実施形態における一またはそれ以上の特徴あるいは特定の具体例と共に実施され得る。
以上、本発明の好ましい実施形態及び変形例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。
2 III−V族半導体デバイス
21 III−V族半導体コンポーネント
22 導電部
23 誘電体分離層
24 拡散バリア層
25 相互接続
200 ポジ型フォトレジスト層
201 第1の部分
202 第2の部分
241 第1のチタン層
242 窒化タングステン層
243 第2のチタン層
300 像反転性フォトレジスト層
301 第1の部分
302 第2の部分
303 アンダーカット側壁
400 マスク
500 開口部

Claims (15)

  1. (a)III−V族半導体デバイス(2)の導電部(22)上に第1の厚さを有するポジ型フォトレジスト層(200)を塗布するステップと、
    (b)前記ポジ型フォトレジスト層(200)上に第2の厚さを有する像反転性フォトレジスト層(300)を塗布するステップと、
    (c)前記像反転性フォトレジスト層(300)及び前記ポジ型フォトレジスト層(200)のそれぞれに、現像可能な形態の第1の部分(301、201)及び現像不可能な形態の第2の部分(302、202)が形成されるように、前記像反転性フォトレジスト層(300)及び前記ポジ型フォトレジスト層(200)をパターン露光させて、前記像反転性フォトレジスト層(300)の前記第1の部分(301)及び前記第2の部分(302)が前記ポジ型フォトレジスト層(200)の前記第1の部分(201)及び前記第2の部分(202)の上に重なるステップと、
    (d)前記像反転性フォトレジスト層(300)を像反転ベークさせて、前記像反転性フォトレジスト層(300)の前記第1の部分(301)及び前記第2の部分(302)を、現像可能な形態及び現像不可能な形態から、それぞれ現像不可能な形態及び現像可能な形態に変換するステップと、
    (e)前記像反転性フォトレジスト層(300)及び前記ポジ型フォトレジスト層(200)をフラッド露光させて、前記ポジ型フォトレジスト層(200)の前記第2の部分(202)を現像不可能な形態から現像可能な形態に変換するステップと、
    (f)前記像反転性フォトレジスト層(300)及び前記ポジ型フォトレジスト層(200)のそれぞれの現像可能な形態の前記第2の部分(302、202)が除去されるように、前記像反転性フォトレジスト層(300)及び前記ポジ型フォトレジスト層(200)を現像させて、前記III−V族半導体デバイス(2)の前記導電部(22)で終結するように下方に延伸する開口部(500)に隣接するアンダーカット側壁(303)を前記像反転性フォトレジスト層(300)に形成するステップと、
    (g)前記開口部(500)を介して前記III−V族半導体デバイス(2)の前記導電部(22)上に拡散バリア層(24)を堆積するステップと、
    (h)前記開口部(500)を介して前記拡散バリア層(24)上に銅層を堆積して、相互接続(25)を形成するステップと、
    を含む、III−V族半導体デバイスの相互接続を作成する方法。
  2. 前記ステップ(h)の後に、前記像反転性フォトレジスト層(300)及び前記ポジ型フォトレジスト層(200)を除去するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記ステップ(a)は、500rpm〜4500rpmの範囲の回転速度で、5秒〜60秒の範囲の時間で、前記III−V族半導体デバイス(2)の前記導電部(22)上にポジ型フォトレジストをスピンコーティングすることにより実施される、請求項1または請求項2に記載の方法。
  4. 前記ステップ(b)は、500rpm〜6000rpmの範囲の回転速度で、5秒〜60秒の範囲の時間で、前記ポジ型フォトレジスト層(200)上に像反転性フォトレジストをスピンコーティングすることにより実施される、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第2の厚さが前記第1の厚さよりも小さい、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第1の厚さが2μm〜12μmの範囲にあり、前記第2の厚さが1.14μm〜2.3μmの範囲にある、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記ステップ(c)において、前記パターン露光は、マスク(400)を介して、前記像反転性フォトレジスト層(300)及び前記ポジ型フォトレジスト層(200)を、波長が365nm〜436nmの範囲にある放射線で、0.3秒〜2秒の範囲で露光させることにより実施される、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記ステップ(d)において、前記像反転ベークは、100℃〜120℃の範囲のベーキング温度で、90秒〜150秒の範囲の時間で実施される、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記ステップ(e)において、前記フラッド露光は、前記像反転性フォトレジスト層(300)及び前記ポジ型フォトレジスト層(200)を、波長が365nm〜436nmの範囲にある放射線で、5秒〜15秒の範囲で露光させることにより実施される、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記ステップ(f)において、前記現像は、1.5分〜5分の範囲の時間で、現像液中における撹拌下で実施される、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記ステップ(g)は、
    (g1)前記III−V族半導体デバイス(2)の前記導電部(22)上に10nm〜50nmの範囲の厚さを有する第1のチタン層(241)をスパッタ堆積するサブステップと、
    (g2)前記第1のチタン層(241)上に30nm〜60nmの範囲の厚さを有する窒化タングステン層(242)をスパッタ堆積するサブステップと、
    (g3)前記窒化タングステン層(242)上に10nm〜50nmの範囲の厚さを有する第2のチタン層(243)をスパッタ堆積するサブステップと、を含む、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記ステップ(h)は、電子銃蒸着システムを使用して実施される、請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記像反転性フォトレジスト層(300)及び前記ポジ型フォトレジスト層(200)は、リフトオフ方法により除去される、請求項2〜請求項12のいずれかに記載の方法。
  14. 基板(21)と、
    前記基板(21)上に形成された導電部(22)と、
    請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の方法によって作成され、前記導電部(22)上に形成された相互接続(25)と、
    を含む、III−V族半導体デバイス(2)。
  15. 前記相互接続(25)は、3μmより大きく且つ10μmを越えない厚さを有する、請求項14に記載のIII−V族半導体デバイス(2)。
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