CN103681522A - 半导体装置 - Google Patents

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山本佳嗣
井上晃
横山吉典
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Abstract

本发明涉及一种半导体装置。半导体元件(2)设在衬底(1)上。栅极布线(6)以及源极布线(7)配置于衬底(1)上，分别与半导体元件(2)的栅极电极(3)以及源极电极(4)电连接。窗框部(13)配置于衬底(1)上，包围半导体元件(2)，与栅极布线(6)以及源极布线(7)相接。密封窗(14)接合于窗框部(13)，密封半导体元件(2)。窗框部(13)是具有薄膜电阻为106～1010Ω/□的低熔点玻璃。从而获得能够确保耐湿性、防止高频特性的恶化、提高静电耐量而不增加成本的半导体装置。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及具有中空气密密封构造的半导体装置。
背景技术
使用了GaAs、GaN等化合物半导体的场效应晶体管元件等高频半导体装置的通用化急速发展，强烈要求成本削减。为了满足该要求，替代此前的完全气密的金属封装，采用低价格的模铸封装。但是，当采用模铸封装那样非气密的封装时，为了防止因水分引起的各种劣化，需要确保半导体装置的耐湿性。以往，使用通过等离子体CVD等形成的厚膜的绝缘膜覆盖衬底的主表面上的半导体元件、各种金属膜的表面来防止水分的入侵，从而确保耐湿性。
但是，通过等离子体CVD等而形成的绝缘膜取决于其成膜条件可能容易吸收水分。另外，由于厚膜化，绝缘膜少量吸收水分时的应力变化导致膜脱落，在晶体管形状的阶梯差部分处，覆盖性、膜质恶化。由此变得容易吸收、穿透水分，因而不能够充分地防止水分对半导体元件的入侵，产生起因于水分的各种劣化。而且，厚膜的绝缘膜导致电容分量增大，高频特性恶化。
为了解决该问题，提案有具有如下中空气密密封构造的半导体装置，即，将在衬底主面上包围半导体元件的玻璃粉(glass frit)作为粘合剂把盖晶片(cap wafer)粘合于衬底主面，从而将半导体元件气密密封(例如，参照专利文献1)。
专利文献
专利文献1：日本特开平10-74855号公报。
发明内容
半导体装置有时因静电放电(ESD：Electro Static Discharge)而被破坏。为了防止此状况，存在将静电保护电路装入装置内的技术，但装置整体的面积扩大并成为成本削减的障碍。在专利文献1中对于静电保护既没有记载也没有启示。
本发明为了解决如上所述的问题而完成，其目的在于获得能够确保耐湿性、防止高频特性的恶化、提高静电耐量而不增加成本的半导体装置。
本发明所涉及的半导体装置的特征在于，具备：衬底；半导体元件，配置于所述衬底上，具有第一以及第二端子；第一布线，配置于所述衬底上，与所述半导体元件的所述第一端子电连接；第二布线，配置于所述衬底上，与所述半导体元件的所述第二端子电连接；窗框部，配置于所述衬底上，包围所述半导体元件，且与所述第一以及第二布线相接；以及密封窗，与所述窗框部接合，密封所述半导体元件，所述窗框部是具有薄膜电阻为106～1010Ω/□的低熔点玻璃。
根据本发明，能够确保耐湿性，防止高频特性的恶化，提高静电耐量而不增加成本。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的截面图；
图2是图1的I-II位置处的半导体装置的俯视图；
图3是示出本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的截面图；
图4是图3的I-II位置处的半导体装置的俯视图；
图5是示出本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的仰视图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式所涉及的半导体装置。有时对相同或对应结构要素附以相同附图标记，省略说明的重复。
实施方式1.
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的截面图。图2是图1的I-II位置处的半导体装置的俯视图。在Si的衬底1上设有半导体元件2。本实施方式的装置是当半导体元件2为场效应晶体管时的高频高输出放大器。此外，半导体元件2不限于场效应晶体管，还可以是双极型晶体管等，场效应晶体管被直接做入衬底1上。
半导体元件2具有栅极电极3、源极电极4以及漏极电极5。在衬底1上配置的栅极布线6、源极布线7以及漏极布线8的一端分别与栅极电极3、源极电极4以及漏极电极5电连接，它们的另一端分别与栅极焊盘9、源极焊盘10、以及漏极焊盘11电连接。半导体元件2被通过等离子体CVD等形成的SiN膜等表面保护膜12覆盖。
窗框部13配置于衬底1上，包围包含半导体元件2的密封区域，与栅极布线6、源极布线7以及漏极布线8交叉并相接。密封窗14接合于窗框部13，密封半导体元件2。
窗框部13是含有金属且被赋予了导电性的低熔点玻璃，例如是钒类玻璃。钒类玻璃能够在400℃以下烧成，具有耐湿性高的材料特性，色调为黑色。此外，作为低熔点玻璃，还可以使用能够在450℃以下烧成的铋类玻璃、铅类玻璃、铅氟类玻璃等。
作为本实施方式的特征，设低熔点玻璃的薄膜电阻(表面电阻率)为106～1010Ω/□。在钒类玻璃的情况下，由于比电阻为106～108Ω·cm，故若使厚度为10～100μm左右，则能够实现上述薄膜电阻。另外，在钒类以外的低熔点玻璃的情况下，由于比电阻为1012Ω·cm左右，故为了实现上述薄膜电阻，需要使厚度为1m以上，是不现实的。因此，若填充例如碳材料等导电性填料以使比电阻为106～108Ωcm，则能够以适当的厚度实现上述薄膜电阻。
若窗框部13的薄膜电阻为1010Ω/□以下，则难以产生由半导体元件2的静电引起的带电，静电耐量提高。具体而言，积存在半导体元件2的栅极电极3的负电荷通过低熔点玻璃的窗框部13穿至源极电极4侧，因而能够防止栅极破坏而不需要装入静电保护电路。因此，能够提高静电耐量而不增加成本。
另外，若窗框部13的薄膜电阻为106Ω/□以上，则电荷迁移速度较慢，因而能够防止半导体元件2的栅极电极3、源极电极4以及漏极电极5经由窗框部13而相互短路。
另外，由于通过窗框部13和密封窗14以中空状态气密密封半导体元件2，故能够确保耐湿性而不依赖于半导体元件2的构造。特别是，如果将耐湿性较高的钒类玻璃用于窗框部，则耐湿性进一步提高。而且，由于半导体元件2的周围是中空的，故能够抑制电容分量的增大以防止高频特性的恶化。
另外，表1示出各种材料的杨氏模量和热膨胀系数。表2示出将把各种材料的长条状的衬底(长度4mm，厚度0.1mm)彼此贴在一起后的单侧固定并使温度变化200度时的翘曲量。
[表1]
Figure 201310423624X100002DEST_PATH_IMAGE001
[表2]
Figure 754177DEST_PATH_IMAGE002
翘曲量超过50μm的由于安装上的问题而不能够使用，因而密封窗14与衬底1的线膨胀系数之差需要在4.3×10-6[/K]以下。例如，当衬底1为Si时，密封窗14的材质也可以是与Si线膨胀系数接近的玻璃等，但如果与衬底1同样地使用Si制作密封窗14，则即使衬底1的厚度变薄，翘曲等问题也减轻，是更为理想的。衬底1为SiC、GaAs、GaN等半导体衬底的情况、为蓝宝石、陶瓷等绝缘性衬底的情况也一样。因而，密封窗14的材料优选与衬底1同样的材料、或者与衬底1的线膨胀系数之差为4.3×10-6[/K]以下的材料。
另外，优选的是，窗框部13的低熔点玻璃与衬底1以及密封窗14相比红外线的吸收较高。由此，只有低熔点玻璃能够使用红外线加热，因而能够熔融低熔点玻璃，而不使半导体元件2热破坏。在该加压烧成时，还可以将密封窗14推抵于低熔点玻璃。
实施方式2.
图3是示出本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的截面图。图4是图3的I-II位置处的半导体装置的俯视图。图5是示出本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的仰视图。
在衬底1的背面设有背面焊盘15、16、17。贯穿电极18、19、20贯穿衬底1并将栅极焊盘、源极焊盘10以及漏极焊盘11与背面焊盘15、16、17分别电连接。
在本实施方式中，也与实施方式1同样地，作为具有106～1010Ω/□的薄膜电阻的低熔点玻璃的窗框部13与栅极焊盘9、源极焊盘10以及漏极焊盘11交叉并相接。由此，能够获得与实施方式1同样的效果。
附图标记说明
1 衬底
2 半导体元件
3 栅极电极(第一端子)
4 源极电极(第二端子)
6 栅极布线(第一布线)
7 源极布线(第二布线)
13 窗框部
14 密封窗
15、16、17 背面焊盘
18、19、20 贯穿电极。

Claims (7)

1.一种半导体装置，其中具备：
衬底；
半导体元件，配置于所述衬底上；
布线，配置于所述衬底上，且与所述半导体元件电连接；
窗框部，配置于所述衬底上，包围所述半导体元件，且与所述布线相接；以及
密封窗，与所述窗框部接合，密封所述半导体元件，
所述窗框部是具有薄膜电阻为106～1010Ω/□的低熔点玻璃。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述半导体元件具有第一以及第二端子，
所述布线具有分别与所述第一以及第二端子的第一以及第二布线电连接。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，
所述半导体元件为场效应晶体管，
所述第一端子为所述场效应晶体管的栅极电极，
所述第二端子为所述场效应晶体管的源极电极。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其中，
所述低熔点玻璃是钒类玻璃、铋类玻璃、铅类玻璃以及铅氟类玻璃中的任一种。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其中，
所述密封窗的材料是与所述衬底同样的材料，或者是与所述衬底的线膨胀系数之差为4.3×10-6[/K]以下的材料。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其中，
所述低熔点玻璃与所述衬底以及所述密封窗相比红外线的吸收高。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的半导体装置，其中，还具备：
第一以及第二背面焊盘，配置于所述衬底的背面；以及
第一以及第二贯穿电极，贯穿所述衬底并将所述第一以及第二布线与所述第一以及第二背面焊盘分别电连接。
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