JP6589584B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

近年、通信機器等の高速化により、高速動作可能な半導体デバイスが求められている。このような半導体デバイスの一つとして、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）が知られている。例えば下記特許文献１には、半絶縁性のＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層と、ｐ型ＧａＡｓベース層と、ｎ型ＩｎＧａＰ層及びｎ型ＡｌＧａＡｓ層によって構成されるエミッタ層と、を順番に設けたＨＢＴが開示されている。

平５−３６７１３号公報

上述のＨＢＴ等の半導体デバイスは、使用により自己発熱する。この自己発熱により半導体デバイスの温度が上昇すると、熱暴走が発生するおそれがある。また、半導体デバイスの動作特性は高い温度依存性を有しており、半導体デバイスの温度が上昇するほど素子特性及び寿命が劣化する傾向にある。このため、半導体デバイスに蓄積される熱を好適に放出することが求められている。

本発明は、良好な放熱性を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る半導体装置は、支持基板上に設けられる金属層と、金属層上に設けられる半導体積層体と、半導体積層体上に設けられる電極と、を備え、金属層は、支持基板及び半導体積層体に接し、タングステン、モリブデン及びタンタルの内少なくとも１つを含み、金属層の厚さは、１０ｎｍ〜６０ｎｍである。

本発明の他の一側面に係る半導体装置は、支持基板上に設けられる金属層と、金属層上に設けられる半導体積層体と、半導体積層体上に設けられる電極と、を備え、金属層は、半導体積層体及び支持基板に接し、半導体積層体の側面の少なくとも一部に延在する。

本発明の他の一側面に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に半導体積層体を形成する工程と、半導体積層体において半導体基板側と反対側の第１の主面上に第１の接着層を形成する工程と、第１の接着層上に第１の支持基板を接着する工程と、半導体基板を半導体積層体から除去する工程と、半導体積層体において第１の主面に対向する第２の主面上に金属層を形成する工程と、第２の支持基板に第２の接着層を形成する工程と、金属層と第２の接着層とを互いに接着する工程と、第１の支持基板を半導体積層体から除去する工程と、第１の主面上に残存した第１の接着層を除去する工程と、第１の主面上に第１のエッチングマスクを形成する工程と、第１のエッチングマスクを用いて半導体積層体の一部をエッチングする工程と、第１のエッチングマスクを除去する工程と、第１の主面上に電極を形成する工程と、を有する。

本発明によれば、良好な放熱性を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供できる。

図１は、第１実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図７は、第１実施形態の変形例の半導体装置を示す平面図である。 図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。 図９は、第２実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図１０は、図９のＸ−Ｘ線矢視断面図である。 図１１（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図１２（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図１３（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図１４（ａ），（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図１５（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図１６（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図１７（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。本願発明の一実施形態は、支持基板上に設けられる金属層と、金属層上に設けられる半導体積層体と、半導体積層体上に設けられる電極と、を備え、金属層は、支持基板及び半導体積層体に接し、タングステン、モリブデン及びタンタルの内少なくとも１つを含み、金属層の厚さは、１０ｎｍ〜６０ｎｍである半導体装置である。

この半導体装置では、電極からの電流供給により半導体積層体内で発生した熱は、支持基板と半導体積層体とに接する金属層を介して支持基板に放出される。ここで、金属層は熱伝導率が比較的高いタングステン、モリブデン及びタンタルの内少なくとも一つを含み、当該金属層の厚さは１０〜６０ｎｍであるので、金属層自体の熱伝導性が高くなっている。したがって、このような金属層を有する半導体装置は、良好な放熱性を有する。

また、金属層は、半導体積層体の側面の少なくとも一部に延在してもよい。この場合、半導体積層体内で発生した熱は、半導体積層体における支持基板と対向する面に加えて、半導体積層体の側面から金属層を介して支持基板に放出される。これにより、半導体装置は、より良好な放熱性を有する。

また、半導体積層体は、金属層上に設けられるサブコレクタ層と、サブコレクタ層上に設けられるコレクタ層と、コレクタ層上に設けられるベース層と、ベース層上に設けられるエミッタ層と、エミッタ層上に設けられるエミッタコンタクト層と、を有してもよい。この場合、半導体積層体内で発生した熱は、サブコレクタ層から金属層を介して支持基板に放出される。

また、エミッタ層は、ベース層上の互いに分離した複数の領域にそれぞれ設けられてもよい。この場合、半導体積層体内に流れる電流量を増加できる。

本願発明の他の一実施形態は、支持基板上に設けられる金属層と、金属層上に設けられる半導体積層体と、半導体積層体上に設けられる電極と、を備え、金属層は、半導体積層体及び支持基板に接し、半導体積層体の側面の少なくとも一部に延在するように設けられる半導体装置である。

この半導体装置では、電極からの電流供給により半導体積層体内で発生した熱は、支持基板と半導体積層体とに接する金属層を介して支持基板に放出される。ここで、半導体積層体内で発生した熱は、半導体積層体における支持基板と対向する面に加えて、半導体積層体の側面から金属層を介して支持基板に放出される。したがって、このような金属層を有する半導体装置は、良好な放熱性を有する。

また、半導体積層体は、金属層上に設けられるサブコレクタ層と、サブコレクタ層上に設けられるコレクタ層と、コレクタ層上に設けられるベース層と、ベース層上に設けられるエミッタ層と、エミッタ層上に設けられるエミッタコンタクト層と、を有してもよい。この場合、半導体積層体内で発生した熱は、サブコレクタ層から金属層を介して支持基板に放出される。

また、エミッタ層は、ベース層上の互いに分離した複数の領域にそれぞれ設けられてもよい。この場合、半導体積層体内に流れる電流量を増加できる。

本願発明の他の一実施形態は、半導体基板上に半導体積層体を形成する工程と、半導体積層体において半導体基板側と反対側の第１の主面上に第１の接着層を形成する工程と、第１の接着層上に第１の支持基板を接着する工程と、半導体基板を半導体積層体から除去する工程と、半導体積層体において第１の主面に対向する第２の主面上に金属層を形成する工程と、第２の支持基板に第２の接着層を形成する工程と、金属層と第２の接着層とを互いに接着する工程と、第１の支持基板を半導体積層体から除去する工程と、第１の主面上に残存した第１の接着層を除去する工程と、第１の主面上に第１のエッチングマスクを形成する工程と、第１のエッチングマスクを用いて半導体積層体の一部をエッチングする工程と、第１のエッチングマスクを除去する工程と、第１の主面上に電極を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法である。

この半導体装置の製造方法によれば、半導体積層体は金属層及び第２の接着層を介して第２の支持基板に保持されている。このような半導体積層体に電極からの電流供給により発生した熱は、金属層を介して第２の支持基板に放出される。したがって、このような方法によって製造される半導体装置は、良好な放熱性を有する。また、上記製造方法によれば、半導体基板よりも熱伝導性が高く、放熱効率のよい基板を第２の支持基板として用いることができる。さらに、上記製造方法によれば、半導体基板上に半導体積層体を形成し、当該半導体積層体を第１の支持基板によって支持した後に半導体基板を当該半導体積層体から除去できる。そして、第２の支持基板によって当該半導体積層体を支持した後に第１の支持基板を当該半導体積層体から除去できる。これにより、第２の支持基板に結晶性の高い半導体積層体を設けることができる。加えて、半導体基板を用いて製造した場合と同じ積層順序にて上記半導体積層体を形成することができるので、半導体積層体内における半導体層の特性の変化を抑制できる。

また、第１の主面上に第１の支持基板を接着する工程と、金属層に第２の接着層を接着する工程との少なくとも一方は、原子拡散接合によって行われてもよい。

また、第２の主面上に金属層を形成する工程の前に、第２の主面上に第２のエッチングマスクを形成する工程と、第２のエッチングマスクを用いて半導体積層体の一部をエッチングすることにより、第２の主面側に段差を形成する工程と、第２のエッチングマスクを除去する工程と、をさらに有し、金属層は、第２の主面及び段差の表面を覆って形成されてもよい。この場合、半導体積層体内で発生した熱は、半導体積層体における第２の支持基板と対向する第２の主面に加えて、当該第２の主面側に形成された段差の表面から金属層を介して第２の支持基板に放出される。これにより、上記方法によって製造される半導体装置は、より良好な放熱性を有する。

また、第２のエッチングマスクは、ウェットエッチング用マスクであってもよい。

また、第１の主面上に第１の接着層を形成する工程では、第１の接着層は半導体積層体の外周側面に延在して形成されてもよい。この場合、半導体基板を半導体積層体から除去する際に、半導体積層体の外周側面を第１の接着層によって保護することができる。

また、上記半導体装置の製造方法は、第１の接着層を形成する工程の前に、半導体積層体の縁部を除去する工程をさらに備え、第１の接着層を形成する工程では、第１の主面及び半導体積層体の露出した側面を覆うように第１の接着層を形成し、第１の接着層を除去する工程では、半導体積層体の第１の主面及び側面を覆う第１の接着層を除去してもよい。この場合、半導体基板及び第１の支持基板を除去する際に、半導体積層体の側面の強度を補強しつつ、半導体積層体が露出した側面側からエッチングされることを抑制できる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図１及び図２に示されるように、第１実施形態の半導体装置１は、支持基板２上に設けられるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）である。半導体装置１は、支持基板（第２の支持基板）２に設けられる金属層３と、金属層３上に設けられる半導体積層体４と、半導体積層体４上に設けられる電極５〜７と、半導体積層体４及び電極５〜７を埋め込む絶縁層８と、配線層９〜１１とを有する。

支持基板２は、高い熱伝導性を有する基板であり、例えばＡｌＮ基板（窒化アルミニウム基板）、Ｓｉ基板（シリコン基板）、ＳｉＣ基板（炭化ケイ素基板）又はダイヤモンド基板等である。支持基板２の厚さは、例えば２０μｍ〜２００μｍである。支持基板２の熱伝導率は、例えばＩｎＰ基板（インジウムリン基板）の熱伝導率よりも高いことが好ましい。支持基板２の熱伝導率は、例えば１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。

金属層３は、支持基板２及び半導体積層体４に接している。金属層３は、例えばタングステン、モリブデン及びタンタルの内少なくとも１つを含む金属層又は合金層である。金属層３の厚さは、１０ｎｍ〜６０ｎｍである。金属層３の厚さが１０ｎｍ以上である場合、半導体積層体４が支持基板２から剥離することを抑制できる。金属層３の厚さが６０ｎｍ以下である場合、半導体積層体４で発生した熱が支持基板２に十分に伝達される。金属層３の厚さは、５０ｎｍ以下であることが好ましく、４５ｎｍ以下であることがより好ましく、４０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

半導体積層体４は、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって構成される。半導体積層体４は、金属層３上に設けられるサブコレクタ層１２と、サブコレクタ層１２上に設けられるコレクタ層１３と、コレクタ層１３上に設けられるベース層１４と、ベース層１４上に設けられるエミッタ層１５と、エミッタ層１５上に設けられるエミッタコンタクト層１６と、有する積層体である。

サブコレクタ層１２は、金属層３に接しており、例えばｎ型のＩｎＰ層である。サブコレクタ層１２の厚さは、例えば３００ｎｍである。サブコレクタ層１２内のＳｉ（シリコン）の濃度は、例えば２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度である。

コレクタ層１３は、サブコレクタ層１２の一部の領域に接しており、例えばｎ型のＩｎＡｌＧａＡｓ層とｎ型のＩｎＰ層との積層体である。ＩｎＡｌＧａＡｓ層の厚さは、例えば５０ｎｍであり、ＩｎＰ層の厚さは、例えば２００ｎｍである。コレクタ層１３におけるＩｎＡｌＧａＡｓ層内のＳｉの濃度は、例えば１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度である。コレクタ層１３におけるＩｎＰ層内のＳｉの濃度は、例えば３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度である。

ベース層１４は、コレクタ層１３に接しており、例えばｐ型のＩｎＧａＡｓ層である。ベース層１４の厚さは、例えば４００ｎｍである。ベース層１４内のＣ（炭素）の濃度は、例えば５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度である。

エミッタ層１５は、ベース層１４の一部の領域に接しており、例えばｎ型のＩｎＰ層である。エミッタ層１５の厚さは、例えば１５０ｎｍである。エミッタ層１５内のＳｉの濃度は、例えば２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度である。

エミッタコンタクト層１６は、エミッタ層１５に接しており、例えばｎ型のＩｎＧａＡｓ層である。エミッタコンタクト層１６の厚さは、例えば２５０ｎｍである。エミッタコンタクト層１６内のＳｉの濃度は、例えば２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度である。

電極５は、サブコレクタ層１２の一部の領域に接しているコレクタ電極である。電極６はベース層１４１２の一部の領域に接しているベース電極である。電極７は、エミッタコンタクト層１６１２の一部の領域に接しているエミッタ電極である。電極５〜７のそれぞれは、例えば第１Ｐｔ層（白金層）、Ｔｉ層（チタン層）、第２Ｐｔ層、Ａｕ層（金層）が順に積層されることによって構成される。電極５〜７のそれぞれにおいて、第１Ｐｔ層の厚さは例えば１０ｎｍであり、Ｔｉ層の厚さは例えば３０ｎｍであり、第２Ｐｔ層の厚さは例えば３０ｎｍであり、Ａｕ層の厚さは例えば１００ｎｍである。

絶縁層８は、半導体積層体４を覆うように設けられており、例えばＳｉＯＮ膜（酸化窒化ケイ素膜）とＳｉＮ膜（窒化ケイ素膜）との積層体から構成される。絶縁層８は、ＳｉＯｘ膜（酸化ケイ素膜）又は有機樹脂層（例えばポリイミド層等）等が含まれていてもよい。絶縁層８には、開口部８ａ〜８ｃが設けられている。

配線層９は、絶縁層８の開口部８ａを介して電極５に接続されている。配線層１０は、絶縁層８の開口部８ｂを介して電極６に接続されている。配線層１１は、絶縁層８の開口部８ｃを介して電極７に接続されている。配線層９〜１１のそれぞれは、例えばＴｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層が順に積層されることによって構成される。配線層９〜１１のそれぞれにおいて、Ｔｉ層の厚さは例えば３０ｎｍであり、Ｐｔ層の厚さは例えば５０ｎｍであり、Ａｕ層の厚さは例えば５００ｎｍである。なお、本明細書における「接続」とは、直接的な接続に限らず、電気的な接続及び機能的な接続を含む。

次に、図３〜図６を用いながら第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）、及び図６（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

まず、図３（ａ）に示されるように、第１ステップとして、半導体基板２１上に保護層２２、半導体積層体２３、保護層２４及び金属層（第１の接着層）２５が順に積層された半導体基板２１を準備すると共に、金属層２７が形成された第１の支持基板２６を準備する。第１ステップでは、半導体基板２１上に、保護層２２及び半導体積層体２３を順に形成し、当該半導体積層体２３において半導体基板２１側と反対側の主面（第１の主面）２３ａ上に、保護層２４及び金属層２５を順に形成する。

半導体基板２１は、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって構成される。半導体基板２１は、例えばＩｎＰ基板である。保護層２２は、半導体積層体２３に対してエッチング選択性が高い半導体層である。保護層２２は、例えば２００ｎｍ程度の例えばＩｎＧａＡｓ層である。保護層２２は、エピタキシャル成長法によって形成される。

半導体積層体２３は、半導体層３１〜３５を有している。半導体層３１は、図２に示されるサブコレクタ層１２に対応する層である。半導体層３２は、図２に示されるコレクタ層１３に対応する層である。半導体層３３は、図２に示されるベース層１４に対応する層である。半導体層３４は、図２に示されるエミッタ層１５に対応する層である。半導体層３５は、図２に示されるエミッタコンタクト層１６に対応する層である。半導体層３１〜３５は、例えばエピタキシャル成長法によって形成される。

保護層２４は、半導体積層体２３に対してエッチング選択性が高い半導体層である。保護層２４は、例えば２００ｎｍ程度のＩｎＰ層である。保護層２４は、エピタキシャル成長法によって形成される。金属層２５，２７は、例えばタングステン層等である。この金属層２５，２７は、例えばスパッタ法で成長される。このため、金属層２５が、半導体積層体２３の外周側面に形成される。この金属層２５の厚さが５ｎｍ以上である場合、半導体積層体２３の外周側面には、金属層２５の一部である金属層が形成される。金属層２５が５ｎｍ以上である場合、後述する第３ステップにて半導体基板２１を半導体積層体２３から除去する際に、半導体積層体２３の外周側面の強度を補強し、好適に保護することができる。本実施形態では、半導体積層体２３の外周側面だけでなく、半導体基板２１及び保護層２２の側面を覆うように金属層２５を形成する。

次に、図３（ｂ）に示されるように、第２ステップとして、金属層２５に第１の支持基板２６を接着する。具体的には、保護層２４上の金属層２５と金属層２７とを互いに接着させることにより金属層２８を形成し、第１の支持基板２６を半導体積層体２３に接着する。金属層２５，２７の接着は、例えば原子拡散接合によって行われる。原子拡散接合とは、金属層２５，２７を真空中でスパッタ法などによって形成した後、真空を維持した状態で互いに密着することで金属層２５，２７同士を接合することである。金属層２５，２７同士の接合を確実に行うために、密着する際に加熱及び加圧を行ってもよい。

次に、図３（ｃ）に示されるように、第３ステップとして、半導体基板２１を半導体積層体２３から除去する。例えば、ドライエッチング又はウェットエッチングにより半導体基板２１を除去する。この場合、保護層２２によって半導体積層体２３がエッチングされることを防ぐことができる。また、金属層が半導体積層体２３の外周側面に形成されているので、半導体基板２１を半導体積層体２３から除去する際に、半導体積層体２３の外周側面を保護することができる。これにより、半導体積層体２３が外周からエッチングされるのを抑制することができる。

次に、図４（ａ）に示されるように、第４ステップとして、保護層２２を半導体積層体２３から除去した後、主面２３ａに対向する主面２３ｂ上に金属層２９を形成すると共に、金属層（第２の接着層）４１が形成された支持基板（第２の支持基板）２を準備する。支持基板２には、例えばタングステン層等の金属層４１が形成されている。支持基板２の熱伝導率は、半導体基板２１の熱伝導率よりも高い。

次に、図４（ｂ）に示されるように、第５ステップとして、金属層２９に支持基板２を接着する。具体的には、金属層２９と金属層４１とを互いに接着させることにより金属層３を形成し、これにより支持基板２を金属層２９に接着する。金属層２９，４１の接着は、例えば原子拡散接合によって行われる。

次に、図４（ｃ）に示されるように、第６ステップとして、第１の支持基板２６を半導体積層体２３から除去する。例えば、ドライエッチング又はウェットエッチングにより第１の支持基板２６を除去する。この場合、金属層２８によって半導体積層体２３がエッチングされることを防ぐことができる。金属層２８は、エッチストップ層として機能する。

次に、図５（ａ）に示されるように、第７ステップとして、半導体積層体２３の主面２３ａ上に残存した金属層２８を除去する。この場合、保護層２４によって半導体積層体２３がエッチングされることを防ぐことができる。また、半導体積層体２３の外周側面に残存する金属層を除去する。金属層２８を除去した後、半導体積層体２３の主面２３ａ上の保護層２４を除去する。なお、図５（ａ）と、以下にて詳細に説明する図５（ｂ），（ｃ）及び図６（ａ）〜（ｃ）とに示される図は、図４（ｃ）までに示されたデバイス形成領域（すなわち、半導体積層体２３等）を拡大したものである。

次に、図５（ｂ）に示されるように、第８ステップとして、主面２３ａの一部にエッチングマスク（第１のエッチングマスク）４２を形成した後、半導体積層体２３における半導体層３４，３５の一部をエッチングする。このエッチングは、例えばウェットエッチングである。これにより、半導体積層体４におけるエミッタ層１５及びエミッタコンタクト層１６を形成する（図２を参照）。このエッチングマスク４２は、例えばシリコン化合物（ＳｉＮ層又はＳｉＯｘ層等）である。

次に、図５（ｃ）に示されるように、第９ステップとして、エッチングマスク４２を除去した後に、エミッタ層１５、エミッタコンタクト層１６、及び半導体層３３の一部を覆うようにエッチングマスク４３を形成する。エッチングマスク４３を形成後、半導体積層体２３における半導体層３２，３３の一部をエッチングする。このエッチングは、例えばウェットエッチングである。これにより、半導体積層体４におけるコレクタ層１３及びベース層１４を形成する（図２を参照）。この第９ステップでは、コレクタ層１３、ベース層１４、エミッタ層１５及びエミッタコンタクト層１６によるメサ構造が形成される。

次に、図６（ａ）に示されるように、第１０ステップとして、エッチングマスク４３を除去した後、半導体層３１の一部と、コレクタ層１３、ベース層１４、エミッタ層１５及びエミッタコンタクト層１６とを覆うエッチングマスク４４を形成する。半導体積層体２３の主面２３ａ上にエッチングマスク４４を形成する。

次に、図６（ｂ）に示されるように、第１１ステップとして、エッチングマスク４４を用いて半導体積層体２３の一部をエッチングする。具体的には、半導体積層体２３における半導体層３１の一部をエッチングすることにより、サブコレクタ層１２を形成する。このエッチングは、ウェットエッチングである。これにより、サブコレクタ層１２、コレクタ層１３、ベース層１４、エミッタ層１５及びエミッタコンタクト層１６を有する半導体積層体４を形成する。第１１ステップにおいて、半導体積層体４は、メサ構造（又はアイランド構造）を有する。半導体積層体４を形成した後、エッチングマスク４４を用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を実施し、支持基板２上であって半導体積層体４と重なっていない金属層３を除去する。

次に、図６（ｃ）に示されるように、第１２ステップとして、エッチングマスク４３を除去した後に、エミッタコンタクト層１６の一部の領域上（図３（ａ）に示される主面２３ａの一部上）に電極７を形成する。また、サブコレクタ層１２の一部の領域上に電極５を形成し、ベース層１４の一部の領域上に電極６を形成する。これにより、ＨＢＴである半導体装置１が完成する（図２を参照）。

以上に説明した、第１実施形態の製造方法によって得られた半導体装置１によって得られる効果について説明する。第１実施形態に係る製造方法によって形成された半導体装置１では、電極５〜７からの電流供給により半導体積層体４内で発生した熱は、支持基板２と半導体積層体４とに接し、金属層２９，４１によって構成される金属層３を介して支持基板２に放出される。ここで、金属層３は熱伝導率が比較的高いタングステン、モリブデン及びタンタルの内少なくとも一つを含み、当該金属層３の厚さは１０〜６０ｎｍであるので、金属層３自体の熱伝導性が高くなっている。したがって、このような金属層３を有する半導体装置１は、良好な放熱性を有する。

加えて、上記製造方法によって形成された半導体装置１を支持する基板として、半導体基板２１よりも熱伝導性が高く、放熱効率のよい支持基板２を用いることができる。さらに、上記製造方法によれば、半導体基板２１上に半導体積層体２３を形成し、当該半導体積層体２３を第１の支持基板２６によって支持した後に半導体基板２１を当該半導体積層体２３から除去できる。そして、支持基板２によって当該半導体積層体２３を支持した後に第１の支持基板２６を当該半導体積層体２３から除去できる。これにより、支持基板２に結晶性の高い半導体積層体２３を設けることができる。加えて、半導体基板２１を用いて製造した場合と同じ積層順序にて上記半導体積層体２３を形成することができるので、半導体積層体２３内における半導体層３１〜３５の特性の変化を抑制できる。

また、半導体積層体４は、金属層３上に設けられるサブコレクタ層１２と、サブコレクタ層１２上に設けられるコレクタ層１３と、コレクタ層１３上に設けられるベース層１４と、ベース層１４上に設けられるエミッタ層１５と、エミッタ層１５上に設けられるエミッタコンタクト層１６と、を有してもよい。この場合、半導体積層体４内で発生した熱は、サブコレクタ層１２から金属層３を介して支持基板２に放出される。

また、半導体積層体２３の主面２３ａ上に第１の支持基板２６を接着する工程と、金属層２９に金属層４１を接着する工程との少なくとも一方は、原子拡散接合によって行われてもよい。

また、半導体積層体２３の主面２３ａ上に金属層２５を形成する工程では、金属層は半導体積層体２３の外周側面に延在して形成されてもよい。この場合、半導体基板２１を半導体積層体２３から除去する際に、半導体積層体２３の外周側面を金属層によって保護することができる。

図７は、第１実施形態の変形例の半導体装置を示す平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。図８に示されるように、半導体装置１Ａは、複数のエミッタ層１５Ａ，１５Ｂを有してもよい。この場合、エミッタ層１５Ａ，１５Ｂは、ベース層１４上の互いに異なる領域に設けられている。ベース層１４上の互いに分離した複数の領域にそれぞれ設けられる。エミッタ層１５Ａ上にはエミッタコンタクト層１６Ａが設けられており、エミッタ層１５Ｂ上にはエミッタコンタクト層１６Ｂが設けられている。エミッタコンタクト層１６Ａ上には電極７Ａが設けられており、エミッタコンタクト層１６Ｂ上には電極７Ｂが設けられている。この場合であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。加えて、半導体積層体４内に流れる電流量を増加できる。

（第２実施形態）
以下では、第２実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。第２実施形態の説明において第１実施形態と重複する記載は省略し、第１実施形態と異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、第２実施形態に第１実施形態の記載を適宜用いてもよい。

図９は、第２実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ線矢視断面図である。図９及び図１０に示されるように、半導体装置１Ｂには、支持基板２と半導体積層体４との間に金属層３Ａが設けられている。金属層３Ａは、支持基板２と半導体積層体４とに接すると共に、半導体積層体４の側面の少なくとも一部に延在している。具体的には、金属層３Ａは、サブコレクタ層１２の支持基板２側の主面１２ａ及び側面１２ｂを覆うように設けられている。

次に、図１１〜図１４を用いながら第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図１１（ａ）〜（ｃ）、図１２（ａ）〜（ｃ）、図１３（ａ）〜（ｃ）、及び図１４（ａ），（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

まず、図１１（ａ）に示されるように、第１実施形態の第４ステップにて保護層２２を半導体積層体２３から除去した後であって金属層２９を形成する前に、主面２３ｂ上にエッチングマスク（第２のエッチングマスク）５１を形成する。このエッチングマスク５１は、主面２３ｂの一部を覆っているウェットエッチング用マスクである。

次に、図１１（ｂ）に示されるように、エッチングマスク５１を用いて半導体積層体２３の一部をエッチングすることにより、主面２３ｂ側に段差５２を形成する。このエッチングは、例えばウェットエッチングである。また、半導体層３１は、半導体積層体４におけるサブコレクタ層１２になる。段差５２を形成後、図１１（ｃ）に示されるように、エッチングマスク５１を除去する。

次に、図１２（ａ）に示されるように、段差５２が形成された側の半導体積層体２３に金属層２９Ａを形成する。半導体積層体２３において、主面２３ｂ及び段差５２の表面を覆うように金属層２９Ａを形成する。

次に、図１２（ｂ）に示されるように、金属層４１を有する支持基板２を準備した後、図１２（ｃ）に示されるように、金属層２９Ａ上に支持基板２を接着する。具体的には、主面２３ｂ上の金属層２９Ａと、金属層４１とを互いに接着させることにより、支持基板２を金属層２９Ａに接着する。金属層２９Ａ，４１の接着は、例えば原子拡散接合によって行われる。

次に、図１３（ａ）に示されるように、第１の支持基板２６を半導体積層体２３から除去した後、図１３（ｂ）に示されるように、半導体積層体２３の主面２３ａ上の金属層２８及び保護層２４を除去する。

次に、第１実施形態における第８ステップと同様にして、半導体積層体２３における半導体層３４，３５の一部をエッチングし、半導体積層体４におけるエミッタ層１５及びエミッタコンタクト層１６を形成する（図１０を参照）。そして、図１３（ｃ）に示されるようにエッチングマスク４３を形成し、半導体積層体２３における半導体層３２，３３の一部をエッチングする（図５（ｃ）を参照）。これにより、サブコレクタ層１２、コレクタ層１３、ベース層１４、エミッタ層１５及びエミッタコンタクト層１６を有する半導体積層体４を形成する。段差５２の表面である半導体層３２上に設けられている金属層２９Ａは、余剰部５３として残存する。

次に、図１４（ａ）に示されるように、金属層２９Ａにおける余剰部５３と金属層４１の一部とを除去する。例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）によって、余剰部５３及び金属層４１の一部を除去する。余剰部５３を除去することにより、半導体積層体４における電界集中及び短絡の発生を抑制できる。これにより、半導体積層体４の支持基板２側の主面及び側面の一部を覆う金属層３Ａを形成する。余剰部５３を除去後、図１４（ｂ）に示されるように、エッチングマスク４３を除去する。エッチングマスク４３を除去後、第１実施形態と同様にして電極５〜７を形成し、半導体装置１Ｂが完成する。

以上に説明した第２実施形態に係る製造方法によって形成される半導体装置１Ｂであっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。加えて、半導体積層体４で発生した熱は、サブコレクタ層１２における支持基板２と対向する主面１２ａに加えて、サブコレクタ層１２の側面１２ｂから金属層３Ａを介して支持基板２に放出される。したがって、半導体装置１Ｂは、より良好な放熱性を有する。

（第３実施形態）
以下では、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法について図１５〜図１７を用いながら説明する。図１５（ａ）〜（ｃ）、図１６（ａ）〜（ｃ）、及び図１７（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。なお、第３実施形態の説明において第１実施形態及び第２実施形態と重複する記載は省略し、第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、第３実施形態に第１実施形態及び第２実施形態の記載を適宜用いてもよい。

まず、図１５（ａ）に示されるように、保護層２２、半導体積層体２３、及び保護層２４のみが順に積層された半導体基板２１を準備する。そして、保護層２４上にエッチングマスク６１を設ける。保護層２４の一部は、エッチングマスク６１から露出している。この露出した一部は、例えば半導体基板２１の縁周辺に位置する保護層２４の縁部２４ａである。なお、エッチングマスク６１は、無機絶縁物から構成されてもよいし、有機樹脂から構成されてもよい。また、エッチングマスク６１は、ドライエッチング用マスクでもよいし、ウェットエッチング用マスクでもよい。

次に、図１５（ｂ）に示されるように、エッチングマスク６１から露出する保護層２４と、当該保護層２４に重なる半導体積層体２３とを除去する。すなわち、保護層２４の縁部２４ａと、半導体積層体２３の縁部２３ｃとを除去する。これにより、半導体積層体６２と保護層６３とを形成する。半導体積層体６２と保護層６３とを形成した後、エッチングマスク６１を除去する。エッチングマスク６１は、ドライエッチングによって除去されてもよいしウェットエッチングによって除去されてもよい。

次に、図１５（ｃ）に示されるように、金属層２５Ａを半導体基板２１上に形成する。具体的には、露出した保護層２２、半導体積層体６２の側面６２ａ（外周側面）、及び保護層６３を覆うように金属層２５Ａを形成する。また、金属層２７が形成された第１の支持基板２６を準備する。

次に、図１６（ａ）に示されるように、第１実施形態における第２ステップと同様に、金属層２５Ａに第１の支持基板２６を接着する。具体的には、金属層２５Ａにおいて保護層６３上に位置する部分と、金属層２７とを互いに接着させることにより金属層２８Ａを形成し、第１の支持基板２６を半導体積層体６２に接着する。

次に、図１６（ｂ）に示されるように、第１実施形態における第３ステップ及び第４ステップと同様に、半導体基板２１及び保護層２２を除去する。半導体基板２１及び保護層２２は、ドライエッチングによって除去されてもよいしウェットエッチングによって除去されてもよい。金属層２８Ａにおいて保護層２２に接していた部分は、余剰部６４として残存する。

次に、図１６（ｃ）に示されるように、半導体積層体６２における第１の支持基板２６と反対側の主面６２ｂ上に金属層２９Ｂを形成する。本実施形態では、余剰部６４上にも金属層が形成されることにより当該余剰部６４の厚さが大きくなっているが、余剰部６４上に金属層が形成されなくてもよい。また、金属層４１が形成された支持基板２を準備する。

次に、図１７（ａ）に示されるように、第１実施形態における第５ステップと同様に、金属層２９Ｂに支持基板２を接着する。具体的には、金属層２９Ｂと金属層４１とを互いに接着させることにより金属層３Ｂを形成し、支持基板２を半導体積層体６２に接着する。

次に、図１７（ｂ）に示されるように、第１実施形態における第６ステップと同様に、第１の支持基板２６を半導体積層体６２から除去する。第１の支持基板２６は、ドライエッチングによって除去されてもよいしウェットエッチングによって除去されてもよい。金属層３Ｂにおいて半導体積層体６２と重なっていない部分は、余剰部６５，６６として残存する。半導体積層体６２の積層方向において、余剰部６５は支持基板２側に位置しており、余剰部６６は保護層６３側に位置している。

次に、図１７（ｃ）に示されるように、第１実施形態における第７ステップと同様に、金属層３Ｂの一部を除去する。具体的には、余剰部６５，６６を含む金属層３Ｂにおいて露出した部分を除去する。これにより、半導体積層体６２及び保護層６３が露出する。金属層３Ｂの当該一部を除去した後、半導体積層体６２上の保護層６３を除去する。

次に、第１実施形態における第８ステップ〜第１２ステップと同様にして半導体積層体６２を加工し、ＨＢＴである半導体装置を形成する。

以上に説明した第３実施形態に係る製造方法によって形成される半導体装置であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。加えて、第３実施形態では、半導体基板２１及び保護層２２を除去する際に、半導体積層体６２の側面６２ａは金属層２８Ａに覆われている。このため、半導体基板２１を半導体積層体６２から除去する際に、半導体積層体６２の側面６２ａの強度を補強して好適に保護することができる。同様に、第１の支持基板２６を除去する際に、半導体積層体６２の側面は金属層３Ｂに覆われている。これにより、半導体基板２１、保護層２２、及び第１の支持基板２６を除去する際に、半導体積層体６２が側面６２ａ側からエッチングされることを抑制できる。

本発明による半導体基板の製造方法は、上述した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、第２実施形態に係る半導体装置１Ｂのエミッタ層は、第１実施形態の変化例のように、ベース層１４上の互いに分離した複数の領域にそれぞれ設けられてもよい。また、上記実施形態に係る半導体装置は、ＨＢＴに限らず、例えば高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）等であってもよい。

また、上記実施形態及び変形例において、金属層２５，２７の接着は、原子拡散接合ではなくてＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）を用いた接着であってもよい。

また、上記実施形態及び変形例において、半導体積層体２３にはエッチストップ層が含まれていてもよい。例えば、当該エッチストップ層は、半導体積層体２３における半導体層３２と半導体層３３との間に含まれており、半導体層３３に対するエッチング選択性が非常に低いものとする。この場合、エッチストップ層は、半導体層３２の過剰エッチングを抑制でき、半導体装置の特性変化を抑制できる。

また、上記実施形態及び変形例において、余剰部５３，６４〜６６は必ずしも残存させなくてもよい。

また、上記実施形態及び変形例において、半導体基板２１の縁及び縁近傍に半導体積層体を成長させなくてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ…半導体装置、２…支持基板（第２の支持基板）、３，３Ａ，３Ｂ，２７，２８，２８Ａ，２９，２９Ａ…金属層、４…半導体積層体、５〜７，７Ａ，７Ｂ…電極、８…絶縁層、１２…サブコレクタ層、１２ａ…主面、１２ｂ…側面、１３…コレクタ層、１４…ベース層、１５，１５Ａ，１５Ｂ…エミッタ層、１６，１６Ａ，１６Ｂ…エミッタコンタクト層、２１…半導体基板、２２…保護層、２３，６２…半導体積層体、２３ａ，２３ｂ…主面、２４…保護層、２５，２５Ａ…金属層（第１の接着層）、２６…第１の支持基板、３１〜３５…半導体層、４１…金属層（第２の接着層）、４２…エッチングマスク（第１のエッチングマスク）、５１…エッチングマスク（第２のエッチングマスク）、５２…段差、５３，６４〜６６…余剰部。

Claims (11)

1. 支持基板上に設けられる金属層と、
   前記金属層上に設けられる半導体積層体と、
   前記半導体積層体上に設けられる電極と、
   を備え、
   前記金属層は、前記支持基板及び前記半導体積層体に接し、タングステン、モリブデン及びタンタルの内少なくとも１つを含み、前記金属層の厚さは、１０ｎｍ〜６０ｎｍであり、
   前記金属層は、前記半導体積層体の側面の少なくとも一部に延在する、
   半導体装置。
2. 前記半導体積層体は、
   前記金属層上に設けられるサブコレクタ層と、
   前記サブコレクタ層上に設けられるコレクタ層と、
   前記コレクタ層上に設けられるベース層と、
   前記ベース層上に設けられるエミッタ層と、
   前記エミッタ層上に設けられるエミッタコンタクト層と、
   を有する、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記エミッタ層は、前記ベース層上の互いに分離した複数の領域にそれぞれ設けられる、請求項２に記載の半導体装置。
4. 半導体基板上に半導体積層体を形成する工程と、
   前記半導体積層体において前記半導体基板側と反対側の第１の主面上に第１の接着層を形成する工程と、
   前記第１の接着層上に第１の支持基板を接着する工程と、
   前記半導体基板を前記半導体積層体から除去する工程と、
   前記半導体積層体において前記第１の主面に対向する第２の主面上に金属層を形成する工程と、
   第２の支持基板に第２の接着層を形成する工程と、
   前記金属層と前記第２の接着層とを互いに接着する工程と、
   前記第１の支持基板を前記半導体積層体から除去する工程と、
   前記第１の主面上に残存した前記第１の接着層を除去する工程と、
   前記第１の主面上に第１のエッチングマスクを形成する工程と、
   前記第１のエッチングマスクを用いて前記半導体積層体の一部をエッチングする工程と、
   前記第１のエッチングマスクを除去する工程と、
   前記第１の主面上に電極を形成する工程と、
   を有し、
   前記第２の主面上に前記金属層を形成する工程の前に、
   前記第２の主面上に第２のエッチングマスクを形成する工程と、
   前記第２のエッチングマスクを用いて前記半導体積層体の一部をエッチングすることにより、前記第２の主面側に段差を形成する工程と、
   前記第２のエッチングマスクを除去する工程と、
   をさらに有し、
   前記第１の主面上に前記第１の支持基板を接着する工程と、前記金属層に前記第２の接着層を接着する工程との少なくとも一方は、原子拡散接合によって行われ、
   前記金属層は、前記第２の主面及び前記段差の表面を覆って形成される、半導体装置の製造方法。
5. 前記第２のエッチングマスクは、ウェットエッチング用マスクである、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記第１の主面上に前記第１の接着層を形成する工程では、前記第１の接着層は前記半導体積層体の外周側面に延在して形成される、請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 半導体基板上に半導体積層体を形成する工程と、
   前記半導体積層体において前記半導体基板側と反対側の第１の主面上に第１の接着層を形成する工程と、
   前記第１の接着層上に第１の支持基板を接着する工程と、
   前記半導体基板を前記半導体積層体から除去する工程と、
   前記半導体積層体において前記第１の主面に対向する第２の主面上に金属層を形成する工程と、
   第２の支持基板に第２の接着層を形成する工程と、
   前記金属層と前記第２の接着層とを互いに接着する工程と、
   前記第１の支持基板を前記半導体積層体から除去する工程と、
   前記第１の主面上に残存した前記第１の接着層を除去する工程と、
   前記第１の主面上に第１のエッチングマスクを形成する工程と、
   前記第１のエッチングマスクを用いて前記半導体積層体の一部をエッチングする工程と、
   前記第１のエッチングマスクを除去する工程と、
   前記第１の主面上に電極を形成する工程と、
   を有し、
   前記第１の接着層を形成する工程の前に、前記半導体積層体の縁部を除去する工程をさらに備え、
   前記第１の接着層を形成する工程では、前記第１の主面及び前記半導体積層体の露出した側面を覆うように前記第１の接着層を形成し、
   前記第１の接着層を除去する工程では、前記半導体積層体の前記第１の主面及び前記側面を覆う前記第１の接着層を除去する、半導体装置の製造方法。
8. 前記第１の主面上に前記第１の支持基板を接着する工程と、前記金属層に前記第２の接着層を接着する工程との少なくとも一方は、原子拡散接合によって行われる、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記第２の主面上に前記金属層を形成する工程の前に、
   前記第２の主面上に第２のエッチングマスクを形成する工程と、
   前記第２のエッチングマスクを用いて前記半導体積層体の一部をエッチングすることにより、前記第２の主面側に段差を形成する工程と、
   前記第２のエッチングマスクを除去する工程と、
   をさらに有し、
   前記金属層は、前記第２の主面及び前記段差の表面を覆って形成される、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記第２のエッチングマスクは、ウェットエッチング用マスクである、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記第１の主面上に前記第１の接着層を形成する工程では、前記第１の接着層は前記半導体積層体の外周側面に延在して形成される、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

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