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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024164575
(43)【公開日】2024-11-27
(54)【発明の名称】半導体装置およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 29/78 20060101AFI20241120BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20241120BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20241120BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20241120BHJP
B23K 26/53 20140101ALI20241120BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 652M
H01L29/78 652B
H01L29/78 652T
H01L29/78 658G
H01L21/304 611Z
B23K26/53
H01L29/78 658A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023080167
(22)【出願日】2023-05-15
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(71)【出願人】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504139662
【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石田 崇
(72)【発明者】
【氏名】長屋 正武
(72)【発明者】
【氏名】小島 淳
(72)【発明者】
【氏名】笹岡 千秋
(72)【発明者】
【氏名】河口 大祐
(72)【発明者】
【氏名】油井 俊樹
(72)【発明者】
【氏名】原 佳祐
【テーマコード（参考）】
4E168
5F057
【Ｆターム（参考）】
4E168AE01
4E168CB02
4E168DA02
4E168DA03
4E168DA04
4E168DA23
4E168DA24
4E168DA40
4E168DA46
4E168JA13
5F057AA02
5F057BA16
5F057BB06
5F057CA13
5F057CA31
5F057DA03
5F057DA19
5F057DA22
5F057DA31
(57)【要約】
【課題】電極が変形することを抑制する。
【解決手段】半導体基板１０の一面１０ａ上には、絶縁膜２０が配置され、絶縁膜２０および半導体基板１０には、絶縁膜２０側から半導体基板１０側に向かって幅が狭くなるテーパ状のコンタクトホール２０ａが形成されており、電極３１、３２は、絶縁膜上に配置される部分と、コンタクトホールに配置されて半導体基板と電気的に接続される接続部３２ｂと、を有しており、隣合う接続部３２ｂの間には、絶縁膜が配置されるようにする。
【選択図】図１
【解決手段】半導体基板１０の一面１０ａ上には、絶縁膜２０が配置され、絶縁膜２０および半導体基板１０には、絶縁膜２０側から半導体基板１０側に向かって幅が狭くなるテーパ状のコンタクトホール２０ａが形成されており、電極３１、３２は、絶縁膜上に配置される部分と、コンタクトホールに配置されて半導体基板と電気的に接続される接続部３２ｂと、を有しており、隣合う接続部３２ｂの間には、絶縁膜が配置されるようにする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体装置であって、
半導体素子が形成され、一面（１０ａ）および前記一面と反対側の他面（１０ｂ）を有し、窒化ガリウムで構成される半導体基板（１０）と、
前記半導体基板の一面側に配置され、前記半導体素子を駆動するための電極（３１、３２）と、を備え、
前記半導体基板の一面上には、絶縁膜（２０）が配置され、
前記絶縁膜および前記半導体基板には、前記絶縁膜側から前記半導体基板側に向かって幅が狭くなるテーパ状のコンタクトホール（２０ａ）が形成されており、
前記電極は、前記絶縁膜上に配置される部分と、前記コンタクトホールに配置されて前記半導体基板と電気的に接続される接続部（３２ｂ）と、を有しており、
隣合う前記接続部の間には、前記絶縁膜が配置されている半導体装置。
半導体素子が形成され、一面（１０ａ）および前記一面と反対側の他面（１０ｂ）を有し、窒化ガリウムで構成される半導体基板（１０）と、
前記半導体基板の一面側に配置され、前記半導体素子を駆動するための電極（３１、３２）と、を備え、
前記半導体基板の一面上には、絶縁膜（２０）が配置され、
前記絶縁膜および前記半導体基板には、前記絶縁膜側から前記半導体基板側に向かって幅が狭くなるテーパ状のコンタクトホール（２０ａ）が形成されており、
前記電極は、前記絶縁膜上に配置される部分と、前記コンタクトホールに配置されて前記半導体基板と電気的に接続される接続部（３２ｂ）と、を有しており、
隣合う前記接続部の間には、前記絶縁膜が配置されている半導体装置。
【請求項2】
前記コンタクトホールの側面と直交する仮想線（Ｋ１）と、前記一面の法線方向に沿った仮想線（Ｋ２）との間の成す角度（θ）は、前記半導体基板の他面側から照射されたレーザ光（Ｌ２）に対する反射率が８０％以上となる角度とされている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
半導体素子が形成され、一面（１０ａ）および前記一面と反対側の他面（１０ｂ）を有し、窒化ガリウムで構成される半導体基板（１０）と、
前記半導体基板の一面側に配置され、前記半導体素子を駆動するための電極（３１、３２）と、を備え、
前記半導体基板の一面上には、絶縁膜（２０）が配置され、
前記絶縁膜および前記半導体基板には、前記絶縁膜側から前記半導体基板側に向かって幅が狭くなるテーパ状のコンタクトホール（２０ａ）が形成されており、
前記電極は、前記絶縁膜上に配置される部分と、前記コンタクトホールに配置されて前記半導体基板と電気的に接続される接続部（３２ｂ）と、を有しており、
隣合う前記接続部の間には、前記絶縁膜が配置されている半導体装置の製造方法であって、
一面（２００ａ）および前記一面と反対側の他面（２００ｂ）を有し、窒化ガリウムで構成される加工ウェハ（２００）を用意することと、
前記加工ウェハの一面側に前記半導体素子を形成することと、
前記加工ウェハの一面上に前記絶縁膜および前記電極を形成することと、
前記加工ウェハの他面側から当該加工ウェハの内部にレーザ光（Ｌ１）を照射することにより、前記加工ウェハの内部に、前記加工ウェハの面方向に沿った変質層（１５）を形成することと、
前記変質層を境界として前記加工ウェハを分割することにより、前記加工ウェハを、前記加工ウェハの一面側の装置構成ウェハ（２３０）と、前記加工ウェハの他面側のリサイクルウェハ（２４０）とに分割することと、
前記装置構成ウェハを個片化することと、を行い、
前記絶縁膜および前記電極を形成することでは、前記絶縁膜に前記コンタクトホールを形成することと、前記コンタクトホールに配置されて前記半導体基板と電気的に接続される前記接続部を有する前記電極を形成することと、を行う半導体装置の製造方法。
前記半導体基板の一面側に配置され、前記半導体素子を駆動するための電極（３１、３２）と、を備え、
前記半導体基板の一面上には、絶縁膜（２０）が配置され、
前記絶縁膜および前記半導体基板には、前記絶縁膜側から前記半導体基板側に向かって幅が狭くなるテーパ状のコンタクトホール（２０ａ）が形成されており、
前記電極は、前記絶縁膜上に配置される部分と、前記コンタクトホールに配置されて前記半導体基板と電気的に接続される接続部（３２ｂ）と、を有しており、
隣合う前記接続部の間には、前記絶縁膜が配置されている半導体装置の製造方法であって、
一面（２００ａ）および前記一面と反対側の他面（２００ｂ）を有し、窒化ガリウムで構成される加工ウェハ（２００）を用意することと、
前記加工ウェハの一面側に前記半導体素子を形成することと、
前記加工ウェハの一面上に前記絶縁膜および前記電極を形成することと、
前記加工ウェハの他面側から当該加工ウェハの内部にレーザ光（Ｌ１）を照射することにより、前記加工ウェハの内部に、前記加工ウェハの面方向に沿った変質層（１５）を形成することと、
前記変質層を境界として前記加工ウェハを分割することにより、前記加工ウェハを、前記加工ウェハの一面側の装置構成ウェハ（２３０）と、前記加工ウェハの他面側のリサイクルウェハ（２４０）とに分割することと、
前記装置構成ウェハを個片化することと、を行い、
前記絶縁膜および前記電極を形成することでは、前記絶縁膜に前記コンタクトホールを形成することと、前記コンタクトホールに配置されて前記半導体基板と電気的に接続される前記接続部を有する前記電極を形成することと、を行う半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記絶縁膜および前記電極を形成することでは、前記変質層を形成することの際、前記半導体基板の他面側から照射した前記レーザ光に対し、前記コンタクトホールに配置された前記接続部の前記レーザ光に対する前記反射率が８０％以上となるように、前記コンタクトホールの側面と直交する仮想線（Ｋ１）と、前記一面の法線方向に沿った仮想線（Ｋ２）との間の成す角度（θ）が調整されている請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化ガリウム（以下では、ＧａＮともいう）で構成される半導体装置、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、ＧａＮで構成される加工ウェハを分割する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この方法では、加工ウェハを用意した後、レーザ光を照射して加工ウェハの内部に面方向に沿った変質層を形成する。そして、この方法では、変質層を分割の起点として加工ウェハを２つのウェハに分割している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－０４３８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、本発明者らは、加工ウェハに複数の半導体素子を形成した状態で加工ウェハを分割し、半導体素子が形成された側のウェハを半導体装置を構成するための装置構成ウェハとすることを検討している。なお、半導体素子は、例えば、ベース層やソース領域等を有するＭＯＳＦＥＴ等であり、装置構成ウェハには、ベース層やソース領域等と電気的に接続される電極が形成されている。ＭＯＳＦＥＴは、metal oxide semiconductor field effect transistorの略である。この場合、本発明者らの検討によれば、変質層を形成するためのレーザ光を照射する際、電極がレーザ光で加熱されて変形する場合があることが確認された。
【0005】
本発明は上記点に鑑み、電極が変形することを抑制できる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するための請求項１は、半導体装置であって、半導体素子が形成され、一面（１０ａ）および一面と反対側の他面（１０ｂ）を有し、窒化ガリウムで構成される半導体基板（１０）と、半導体基板の一面側に配置され、半導体素子を駆動するための電極（３１、３２）と、を備え、半導体基板の一面上には、絶縁膜（２０）が配置され、絶縁膜および半導体基板には、絶縁膜側から半導体基板側に向かって幅が狭くなるテーパ状のコンタクトホール（２０ａ）が形成されており、電極は、絶縁膜上に配置される部分と、コンタクトホールに配置されて半導体基板と電気的に接続される接続部（３２ｂ）と、を有しており、隣合う接続部の間には、絶縁膜が配置されている。
【0007】
これによれば、半導体装置を製造する際、電極のうちの絶縁膜上に配置されている部分は、絶縁膜にてレーザ光が吸収されるため、加熱されて変形することが抑制される。また、コンタクトホールに配置された接続部は、レーザ光がテーパ状とされた部分で反射するため、加熱されて変形することが抑制される。そして、隣合う接続部の間には絶縁膜が配置されているため、反射したレーザ光が別の接続部に達することを抑制できる。
【0008】
請求項３は、請求項１に記載の半導体装置に関する製造方法であって、一面（２００ａ）および一面と反対側の他面（２００ｂ）を有し、窒化ガリウムで構成される加工ウェハ（２００）を用意することと、加工ウェハの一面側に半導体素子を形成することと、加工ウェハの一面上に絶縁膜および電極を形成することと、加工ウェハの他面側から当該加工ウェハの内部にレーザ光（Ｌ１）を照射することにより、加工ウェハの内部に、加工ウェハの面方向に沿った変質層（１５）を形成することと、変質層を境界として加工ウェハを分割することにより、加工ウェハを、加工ウェハの一面側の装置構成ウェハ（２３０）と、加工ウェハの他面側のリサイクルウェハ（２４０）とに分割することと、装置構成ウェハを個片化することと、を行い、絶縁膜および電極を形成することでは、絶縁膜にコンタクトホールを形成することと、コンタクトホールに配置されて半導体基板と電気的に接続される接続部を有する電極を形成することと、を行う。
【0009】
これによれば、電極のうちの絶縁膜上に配置されている部分は、絶縁膜にて変質層を形成する際のレーザ光が吸収されるため、加熱されて変形することが抑制される。また、コンタクトホールに配置された接続部は、変質層を形成する際のレーザ光がテーパ状とされた部分で反射するため、加熱されて変形することが抑制される。そして、隣合う接続部の間には絶縁膜が配置されているため、反射したレーザ光が別の接続部に達することを抑制できる。
【0010】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１実施形態における半導体装置の断面図である。
【図3A】電極を形成する工程を示す断面図である。
【図4】加工ウェハの一面上に電極が直接配置されている部分の電極の形状を説明するための断面図である。
【図5】加工ウェハの一面上に電極が絶縁膜を介して配置されている部分の電極の形状を説明するための断面図である。
【図7】入射角度、反射率、金属材料の関係を示す図である。
【図8】入射角度、反射率、金属材料の関係を示す図である。
【図9】他の実施形態における半導体装置のソース電極を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【0013】
（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、縦型であるｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴが形成されている半導体装置を例に挙げて説明する。なお、本実施形態の半導体装置は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための半導体装置を構成するのに適用されると好適である。
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、縦型であるｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴが形成されている半導体装置を例に挙げて説明する。なお、本実施形態の半導体装置は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための半導体装置を構成するのに適用されると好適である。
【0014】
半導体装置Ｓ１は、図１に示されるように、ｎ＋型のＧａＮで構成される基板１１を備えている。なお、本実施形態では、基板１１にてドレイン層が構成される。基板１１上には、ｎ型のＧａＮで構成されるドリフト層１２が形成されている。ドリフト層１２の表層部には、ｐ型のベース層１３が形成されている。このベース層１３は、ＭＯＳＦＥＴのチャネルを構成する層である。ベース層１３の表層部には、ｎ＋型とされたソース領域１４が形成されている。そして、本実施形態では、基板１１、ドリフト層１２、ベース層１３、ソース領域１４等を含んで半導体基板１０が構成されている。以下、半導体基板１０のうちの基板１１側の面を半導体基板１０の他面１０ｂとし、半導体基板１０のうちのソース領域１４側の面を一面１０ａとして説明する。
【0015】
なお、本実施形態の半導体装置Ｓ１では、基板１１およびドリフト層１２がＧａＮで構成され、ベース層１３およびソース領域１４がイオン注入等で形成される。このため、本実施形態の半導体装置は、ＧａＮで構成されるＧａＮ半導体装置ということもできる。
【0016】
半導体基板１０の一面１０ａ上には、酸化膜（ＳｉＯ２）等で構成される絶縁膜２０が形成されている。そして、絶縁膜２０上には、ゲート電極３１およびソース電極３２が形成されている。具体的には、ゲート電極３１は、絶縁膜２０のうちのベース層１３上に位置する部分をゲート絶縁膜として、このゲート絶縁膜上に形成されている。なお、本実施形態では、後述するように、絶縁膜２０にて抜けレーザ光Ｌ２が吸収される。このため、絶縁膜２０は、吸収層としての機能も発揮する。
【0017】
ソース電極３２は、ベース層１３およびソース領域１４と電気的に接続されるように形成されている。詳しくは、絶縁膜２０および半導体基板１０には、絶縁膜２０側からソース領域１４を貫通してベース層１３に達するコンタクトホール２０ａが形成されている。つまり、コンタクトホール２０ａは、ベース層１３およびソース領域１４を露出させるように形成されている。そして、ソース電極３２は、コンタクトホール２０ａを通じてソース領域１４およびベース層１３と電気的に接続されるように絶縁膜２０上に形成されている。以下、ソース電極３２のうちの絶縁膜２０上に位置する部分を主部３２ａとし、コンタクトホール２０ａに埋め込まれている部分を接続部３２ｂとして説明する。なお、ソース電極３２の主部３２ａは、ゲート電極３１とは分離して形成されている。
【0018】
ここで、本実施形態のコンタクトホール２０ａの形状について説明する。コンタクトホール２０ａは、絶縁膜２０側からベース層１３およびソース領域１４側に向かって幅が狭くなるテーパ状とされていると共に、ベース層１３に位置する先端部が尖った形状とされている。なお、ここでの幅とは、コンタクトホール２０ａの相対する側面の間隔のことであり、図１中の紙面左右方向に沿った長さのことである。そして、コンタクトホール２０ａの側面と直交する仮想線Ｋ１と一面２００ａに対する法線方向に沿った仮想線Ｋ２との間の成す角度θは、後述する抜けレーザ光Ｌ２の接続部３２ｂに対する反射率が８０％以上となるように、角度が調整されている。
【0019】
また、コンタクトホール２０ａは、隣合うコンタクトホール２０ａの間に絶縁膜２０が位置するように形成されている。言い換えると、隣合う接続部３２ｂの間には、絶縁膜２０が配置されている。本実施形態では、ソース電極３２がゲート電極３１を挟むように形成されており、ゲート電極３１を挟む部分のソース電極３２は、それぞれ接続部３２ｂを有している。そして、これらの接続部３２ｂの間には、絶縁膜２０が配置されている。
【0020】
半導体基板１０の他面１０ｂ側には、基板１１と電気的に接続されるドレイン電極３３が形成されている。
【0021】
【0022】
まず、図２Ａに示されるように、一面１００ａおよび他面１００ｂを有し、バルクウェハ状とされているＧａＮウェハ１００を用意する。例えば、ＧａＮウェハ１００は、シリコン、酸素、ゲルマニウム等がドーパントされ、不純物濃度が５×１０１７～５×１０１９ｃｍ－３とされたものが用いられる。なお、ＧａＮウェハ１００の厚みについては任意であるが、例えば４００μｍ程度のものが用意される。また、本実施形態のＧａＮウェハ１００は、一面１００ａがガリウム面とされると共に他面１００ｂが窒素面とされている。また、このＧａＮウェハ１００は、下記半導体装置Ｓ１の製造工程を行った後では、後述する図２Ｋのリサイクルウェハ２４０を再利用することで用意される。
【0023】
次に、図２Ｂに示されるように、ＧａＮウェハ１００の一面１００ａ上に、１０～１００μｍ程度のＧａＮで構成されるエピタキシャル膜１１０を形成することにより、複数の装置形成領域ＲＡがダイシングラインＤＬで区画される加工ウェハ２００を用意する。本実施形態のエピタキシャル膜１１０は、ＧａＮウェハ１００の一面１００ａ側から、ｎ＋型のエピタキシャル層、ｎ－型のエピタキシャル層が順に成膜されて構成される。ｎ＋型のエピタキシャル膜は、例えば、シリコン、酸素、ゲルマニウム等がドーパントされ、不純物濃度が５×１０１７～１×１０１８ｃｍ－３程度とされる。ｎ－型のエピタキシャル層は、例えば、シリコン等がドーパントされ、不純物濃度が１×１０１６～１×１０１７ｃｍ－３程度とされる。なお、本実施形態では、ｎ＋型のエピタキシャル層を含んで半導体装置Ｓ１における基板１１が構成され、ｎ－型のエピタキシャル層にてドリフト層１２等が構成される。
【0024】
以下では、加工ウェハ２００のうちのエピタキシャル膜１１０側の面を加工ウェハ２００の一面２００ａとし、加工ウェハ２００のうちのＧａＮウェハ１００側の面を加工ウェハ２００の他面２００ｂとする。そして、各装置形成領域ＲＡは、加工ウェハ２００の一面２００ａ側に構成される。
【0025】
次に、図２Ｃに示されるように、一般的な半導体製造プロセスのうちの一面２００ａ側に対するプロセスである表面側プロセスを行う。具体的には、表面側プロセスとして、イオン注入、蒸着、ウェットプロセス等を適宜行い、上記のベース層１３、ソース領域１４、絶縁膜２０、ゲート電極３１、ソース電極３２等を形成する。その後、必要に応じ、加工ウェハ２００の一面２００ａ側に、レジスト等で構成される表面保護膜を形成する。
【0026】
【0027】
まず、ベース層１３およびソース領域１４を形成した後、加工ウェハ２００の一面２００ａ上に絶縁膜２０を配置し、絶縁膜２０上にレジスト２１０を配置する。以下、レジスト２１０のうちの絶縁膜２０と反対側の面を一面２１０ａとし、レジスト２１０のうちの絶縁膜２０側の面を他面２１０ｂとして説明する。
【0028】
次に、図３Ｂに示されるように、フォトエッチング等によってレジスト２１０をパターニングし、レジスト２１０における絶縁膜２０のコンタクトホール２０ａが形成される部分と対応する部分に開口部２１１を形成する。
【0029】
なお、レジスト２１０の開口部２１１は、絶縁膜２０側に向かって幅が狭くなるテーパ状に形成される。このような開口部２１１は、例えば、次のように形成される。すなわち、まず、ドライエッチング等で開口部２１１を形成する。また、レジスト２１０は、絶縁膜２０上に配置されており、他面２１０ｂが絶縁膜２０で拘束されると共に一面２１０ａが解放されているため、一面２１０ａ側の部分と他面２１０ｂ側の部分とで熱収縮が異なる。このため、加熱処理を行い、一面２１０ａ側の部分を他面２１０ｂ側の部分より熱収縮させることにより、開口部２１１を絶縁膜２０側に向かって幅が狭くなるテーパ状に形成する。
【0030】
続いて、図３Ｃに示されるように、レジスト２１０をマスクとして絶縁膜２０にコンタクトホール２０ａを形成する。その後、レジスト２１０をアッシング処理等によって除去する。なお、この工程では、加工ウェハ２００にはコンタクトホール２０ａは形成されていない。
【0031】
次に、図３Ｄに示されるように、絶縁膜２０をマスクとし、コンタクトホール２０ａを絶縁膜２０から加工ウェハ２００に達するように掘り下げる。この際、絶縁膜２０も除去されることにより、図３Ｃよりも絶縁膜２０の厚さが薄くなると共にコンタクトホール２０ａにおける開口部の幅が広くなる。なお、仮想線Ｋ１と仮想線Ｋ２との間の成す角度θは、図３Ｃの工程で絶縁膜２０に形成されたコンタクトホール２０ａのテーパ角度および、絶縁膜２０とＧａＮ（すなわち、加工ウェハ２００）との選択比に依存する。そして、成す角度θは、後述する抜けレーザ光Ｌ２の接続部３２ｂに対する反射率が８０％以上となるように、ソース電極３２の材質によって適宜調整される。
【0032】
その後、図３Ｅに示されるように、ＣＶＤ（chemical vapor depositionの略）法等により、コンタクトホール２０ａが埋め込まれるように絶縁膜２０上に金属膜を配置し、この金属膜をパターニングすることで上記のソース電極３２が形成される。
【0033】
ソース電極３２等を形成した後は、図２Ｄに示されるように、加工ウェハ２００の一面２００ａ側に保持部材３００を配置する。保持部材３００は、例えば、基材３１０と粘着剤３２０とを有するダイシングテープ等が用いられる。基材３１０は、製造工程中に反り難い材料で構成され、例えば、ガラス、シリコン基板、セラミックス等で構成される。粘着剤３２０は、粘着力を変化させることができる材料で構成され、例えば、温度や光によって粘着力が変化するものが用いられる。この場合、粘着剤３２０は、例えば、紫外線硬化樹脂、ワックス、両面テープ等で構成される。但し、粘着剤３２０は、後述する図２Ｇのドレイン電極３３を形成する際にも粘着力を維持する材料で構成される。
【0034】
次に、図２Ｅに示されるように、加工ウェハ２００の他面２００ｂからレーザ光Ｌ１を照射し、加工ウェハ２００の一面２００ａから所定深さＤとなる位置に、加工ウェハ２００の面方向に沿った変質層２２０を形成する。なお、レーザ光Ｌ１は、加工ウェハ２００の他面２００ｂに対する法線方向に沿って照射される。
【0035】
具体的には、図示しない、レーザ光Ｌ１を発振するレーザ光源、レーザ光の光軸を変えるように配置されたダイクロイックミラー、レーザ光を集光するための集光レンズ、および変位可能なステージ等を有するレーザ装置を用意する。そして、変質層２２０を形成する際には、レーザ光Ｌ１の集光点が加工ウェハ２００の面方向に沿って相対的に走査されるように、ステージ等の位置を調整する。これにより、加工ウェハ２００には、面方向に沿った変質層２２０が形成される。より詳しくは、レーザ光Ｌ１を照射することにより、窒素がガスとして蒸発すると共にガリウムが析出された変質層２２０が形成される。
【0036】
なお、変質層２２０を形成する際の所定深さＤは、半導体装置Ｓ１のハンドリングのし易さや狙いのオン抵抗等に応じて設定され、例えば、６５μｍ程度とされる。また、変質層２２０は、エピタキシャル膜１１０の厚さに応じて形成される場所が変更され、エピタキシャル膜１１０の内部、エピタキシャル膜１１０とＧａＮウェハ１００との境界、またはＧａＮウェハ１００の内部のいずれかに形成される。そして、変質層２２０がエピタキシャル膜１１０の内部またはエピタキシャル膜１１０とＧａＮウェハ１００との境界に形成されると、基板１１は、ｎ＋型のエピタキシャル層で構成される。変質層２２０がＧａＮウェハ１００の内部に形成されると、基板１１は、ｎ＋型のエピタキシャル層およびＧａＮウェハ１００で構成される。本実施形態では、エピタキシャル膜１１０とＧａＮウェハ１００との境界に変質層２２０を形成する例を説明する。
【0037】
また、特に限定されるものではないが、本実施形態では、変質層２２０を形成する際のレーザ光Ｌ１は、固体レーザ光であって、波長が５３２ｎｍのグリーンレーザが用いられる。そして、レーザ光Ｌ１は、加工点出力が０．１～０．３μＪ、パルス幅が５００ｐｓ、加工速度が５０～５００ｍｍ／ｓとされて照射される。但し、これらの条件は１例であり、本発明者らは、レーザ光の加工点出力がさらに低い場合やパルス幅等がさらに短い場合等においても、適切に変質層２２０が形成されることを確認している。また、本発明者らは、レーザ光Ｌ１の加工点出力がさらに高い場合やパルス幅がさらに長い場合等においても、適切に変質層２２０が形成されることを確認している。さらに、ここではレーザ光Ｌ１としてグリーンレーザを例に挙げたが、半導体材料に応じて、レーザ光Ｌ１は、波長が３５５ｎｍである紫外線レーザ、波長が１０６４ｎｍであるＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット）レーザ、波長が１０．６μｍである炭酸ガスレーザ等が用いられてもよい。
【0038】
以下では、加工ウェハ２００のうちの変質層２２０より一面２００ａ側の部分を装置構成ウェハ２３０とし、加工ウェハ２００のうちの変質層２２０より他面２００ｂ側の部分をリサイクルウェハ２４０として説明する。
【0039】
ここで、本発明者らは、加工ウェハ２００にレーザ光Ｌ１を照射した際に次の現象が発生し得ることを確認している。まず、加工ウェハ２００の他面２００ｂ側からレーザ光Ｌ１を照射した際、レーザ光Ｌ１は、一部が集光点から一面２００ａ側に抜け出る。以下では、集光点から一面２００ａ側に抜け出たレーザ光Ｌ１を抜けレーザ光Ｌ２ともいう。なお、図４および図５は、加工ウェハ２００にレーザ光Ｌ１を照射した際の現象を説明するための図であり、本実施形態の加工ウェハ２００の一部を示すものではない。
【0040】
本発明者らは、図４に示されるように、加工ウェハ２００の一面２００ａに電極３５が直接配置された部分では、集光点から一面２００ａ側に抜け出た抜けレーザ光Ｌ２によって電極３５が加熱され、電極３５が変形する場合があることを確認している。また、本発明者らは、図５に示されるように、加工ウェハ２００の一面２００ａ上に酸化膜等の絶縁膜２０を介して電極３５が配置されている部分では、抜けレーザ光Ｌ２が絶縁膜２０で吸収され、電極３５が変形しないことを確認している。なお、本発明者らの検討によれば、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム等も絶縁膜２０の候補となる。
【0041】
このため、本実施形態では、抜けレーザ光Ｌ２によってソース電極３２およびゲート電極３１が変形しないように、ソース電極３２およびゲート電極３１が上記のように配置されている。具体的には、ゲート電極３１は、絶縁膜２０上に配置されている。このため、抜けレーザ光Ｌ２がゲート電極３１に達し難くなり、ゲート電極３１が変形することが抑制される。
【0042】
また、ソース電極３２は、ソース領域１４およびベース層１３と電気的に接続される接続部３２ｂは、テーパ状とされたコンタクトホール２０ａに配置されている。このため、図６に示されるように、抜けレーザ光Ｌ２が接続部３２ｂに達すると、抜けレーザ光Ｌ２は、接続部３２ｂで反射する。そして、本実施形態では、隣合う接続部３２ｂの間には、絶縁膜２０が配置されている。このため、接続部３２ｂで反射した抜けレーザ光Ｌ２は、絶縁膜２０に達する。したがって、抜けレーザ光Ｌ２がソース電極３２に吸収され難くなり、ソース電極３２が変形することが抑制される。なお、レーザ光Ｌ１は、加工ウェハ２００の他面２００ｂに対する法線方向に沿って照射されるため、抜けレーザ光Ｌ２は、仮想線Ｋ２に沿った方向となる。このため、仮想線Ｋ１と仮想線Ｋ２との成す角度θは、抜けレーザ光Ｌ２の入射方向（すなわち、レーザ光Ｌ１の入射方向）と仮想線Ｋ２とのなす角度ともいえる。
【0043】
そして、本発明者らの検討によれば、抜けレーザ光Ｌ２の接続部３２ｂに対する反射率が８０％以上であれば、ソース電極３２の形状にほぼ変化が発生しないことが確認されている。このため、成す角度θは、抜けレーザ光Ｌ２の接続部３２ｂに対する反射率が８０％以上となるように、角度が調整されている。
【0044】
但し、図７および図８に示されるように、反射率は、ソース電極３２を構成する金属の種類によって変化する。なお、図７および図８は、波長が５３２ｎｍのグリーンレーザに対する各金属の反射率である。また、図７および図８における入射角度は、本実施形態の成す角度θに相当している。図８中の各金属の後に示される値は、各金属の仕事関数である。また、図８中のハッチングを施した部分は、反射率が８０％以上となる部分である。
【0045】
図７および図８に示されるように、反射率は、金属の種類によって変化する。このため、成す角度θは、抜けレーザ光Ｌ２の接続部３２ｂに対する反射率が８０％以上となるように、ソース電極３２の材質によって調整されることが好ましい。また、特に図示しないが、反射率は、照射するレーザの種類によっても変化する。このため、成す角度θは、抜けレーザ光Ｌ２の接続部３２ｂに対する反射率が８０％以上となるように、レーザ光Ｌ１の種類に応じて調整されることが好ましい。
【0046】
変質層２２０を形成した後は、図２Ｆに示されるように、加工ウェハ２００の他面２００ｂ側に補助部材４００を配置する。補助部材４００は、例えば、基材４１０と、粘着力を変化させることのできる粘着剤４２０とで構成される。この場合、補助部材４００における基材４１０は、例えば、ガラス、シリコン基板、セラミックス等で構成され、補助部材４００における粘着剤４２０は、例えば、紫外線硬化樹脂、ワックス、両面テープ等で構成される。そして、保持部材３００および補助部材４００を把持して加工ウェハ２００の厚さ方向に引張力等を印加し、変質層２２０を境界（すなわち分岐の起点）として装置構成ウェハ２３０とリサイクルウェハ２４０とに分割する。
【0047】
以下では、装置構成ウェハ２３０のうちのソース電極３２等が形成されている側の面を一面２３０ａとし、装置構成ウェハ２３０のうちの分割された面側を他面２３０ｂとし、リサイクルウェハ２４０のうちの分割された面側を一面２４０ａとして説明する。そして、装置構成ウェハ２３０における他面２３０ｂ側の部分にて半導体装置Ｓ１における基板１１が構成され、基板１１上の部分がドレイン１２層となる。また、図２Ｆ以降の各図では、装置構成ウェハ２３０の他面２３０ｂおよびリサイクルウェハ２４０の一面２４０ａに残存する変質層２２０等を適宜省略して示している。
【0048】
その後、図２Ｇに示されるように、残りの半導体製造プロセスとして、装置構成ウェハ２３０の他面２３０ｂに、ドレイン電極３３等を形成する裏面側プロセスを行う。
【0049】
なお、ドレイン電極３３等の裏面側プロセスを行う前に、必要に応じて、ＣＭＰ（chemical mechanical polishingの略）法等で装置構成ウェハ２３０の他面２３０ｂを平坦化する工程を行うようにしてもよい。図２Ｇは、装置構成ウェハ２３０の他面２３０ｂを平坦化した場合の図を示している。また、ドレイン電極３３を形成する工程を行った後、必要に応じて、ドレイン電極３３と装置構成ウェハ２３０の他面２３０ｂとをオーミック接触とするためのレーザアニールなどの加熱処理を行うようにしてもよい。
【0050】
続いて、図２Ｈに示されるように、装置構成ウェハ２３０のうちの他面２３０ｂ側、つまりドレイン電極３３側に保持部材５００を配置する。保持部材５００は、例えば、基材５１０と粘着剤５２０とを有するダイシングテープ等が用いられる。なお、粘着剤５２０は、粘着力を変化させることができる材料で構成され、例えば、温度や光によって粘着力が変化するものが用いられる。
【0051】
その後、図２Ｉに示されるように、装置構成ウェハ２３０のうちの一面２３０ａ側に貼り付けてある保持部材３００を剥離する。ここでは、保持部材３００のうちの装置構成ウェハ２３０に貼り付けている粘着剤３２０の接着力を低下させる処理、例えば、粘着剤３２０をＵＶ樹脂接着材で構成している場合にはＵＶ照射を行う。
【0052】
続いて、図２Ｊに示されるように、ダイシングソー、またはレーザダイシングなどにより、装置構成ウェハ２３０を装置単位に個片化することで各半導体装置Ｓ１を構成する。この際、装置構成ウェハ２３０を装置単位に分割しつつも、保持部材５００については切断されること無く繋がったままの状態となるように、ダイシング深さを調整することが好ましい。
【0053】
半導体装置Ｓ１に関するこの後の工程については図示しないが、例えば、次の工程が行われる。すなわち、保持部材５００をエキスパンドし、ダイシングカットした部分にて各半導体装置Ｓ１の間隔を広げる。その後、加熱処理や光を照射する等して粘着剤５２０の粘着力を弱まらせ、半導体装置Ｓ１をピックアップする。これにより、半導体装置Ｓ１が製造される。
【0054】
また、図２Ｋに示されるように、図２Ｆで構成されたリサイクルウェハ２４０には、一面２４０ａに対して研磨装置６００等を用いたＣＭＰ法を行うことにより、当該一面２４０ａを平坦化する。そして、平坦化したリサイクルウェハ２４０をＧａＮウェハ１００とし、再び上記図２Ａ以降の工程を行う。これにより、ＧａＮウェハ１００は、半導体装置Ｓ１を構成するのに複数回利用されることができる。
【0055】
以上説明した本実施形態によれば、ゲート電極３１は、絶縁膜２０上に配置されている。このため、ゲート電極３１が抜けレーザ光Ｌ２によって加熱されることを抑制でき、ゲート電極３１が変形することを抑制できる。
【0056】
また、ソース電極３２は、幅が狭くなるテーパ状とされたコンタクトホール２０ａに配置された接続部３２ｂを有しており、接続部３２ｂがベース層１３およびソース領域１４と電気的に接続されている。そして、隣合うコンタクトホール２０ａに配置される接続部３２ｂの間には、絶縁膜２０が配置されている。このため、加工ウェハ２００の他面２００ｂからレーザ光Ｌ１を照射した際、抜けレーザ光Ｌ２が接続部３２ｂに達すると抜けレーザ光Ｌ２が反射されて絶縁膜２０に達する。このため、ソース電極３２が抜けレーザ光Ｌ２によって加熱されることを抑制でき、ソース電極３２が変形することを抑制できる。
【0057】
（１）本実施形態では、成す角度θは、抜けレーザ光Ｌ２に対する反射率が８０％以上となる角度に調整されている。このため、接続部３２ｂが抜けレーザ光Ｌ２を吸収することを抑制でき、さらにソース電極３２が変形することを抑制できる。
【0058】
（他の実施形態）
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【0059】
上記第１実施形態では、半導体素子として、縦型であるｎチャネル型のＭＯＳトランジスタが形成された例を説明した。しかしながら、半導体素子は、ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタであってもよいし、横型とされていてもよい。また、半導体素子は、発光ダイオード等の光半導体素子や半導体レーザ等であってもよい。
【0060】
また、上記第１実施形態において、図９に示されるように、絶縁膜２０および半導体基板１０には、複数のコンタクトホール２０ａが形成され、ソース電極３２は、各コンタクトホール２０ａに埋め込まれた複数の接続部３２ｂを有する形状とされていてもよい。但し、このような構成とする場合においても、隣合うコンタクトホール２０ａ（すなわち、接続部３２ｂ）の間に絶縁膜２０を配置することにより、抜けレーザ光Ｌ２によってソース電極３２が変形することが抑制される。なお、図９では、ベース層１３およびソース領域１４を省略して示してある。
【0061】
そして、上記第１実施形態では、図２Ｊの工程にて装置構成ウェハ２３０から各半導体装置Ｓ１に個片化する例を説明した。しかしながら、例えば、変質層２２０を形成する前にダイシングラインＤＬに沿って予め溝等を形成し、変質層２２０を形成する際に当該変質層２２０を溝等と交差するように形成してもよい。
【0062】
また上記第１実施形態において、成す角度θは、抜けレーザ光Ｌ２に対する反射率が８０％未満となる角度に調整されていてもよい。このような構成としても、コンタクトホール２０ａがテーパ状とされていることにより、抜けレーザ光Ｌ２の一部を反射できるため、ソース電極３２が変形することを抑制できる。
【符号の説明】
【0063】
１０ 半導体基板
１０ａ 一面
１０ｂ 他面
３１ ゲート電極
３２ ソース電極
１０ａ 一面
１０ｂ 他面
３１ ゲート電極
３２ ソース電極
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図2H】
【図2I】
【図2J】
【図2K】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】