JP2000515317A - 寄生容量が減らされた半導体デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は高速ショットキーデバイス及びｐｎ接合デバイスにおける寄生容量を減らす技術に関する。半導体デバイスの構造は、基板、基板上に配置される半導体デバイス、及びデバイスとの電気的接触を行うボンディング用パッド（４０５）を有する。ベンゾシクロブテンの層がデバイスの周辺に設けられ、ボンディング用パッド（４０５）はベンゾシクロブテンの層の頂面に設けられる、

Description

【発明の詳細な説明】 寄生容量が減らされた半導体デバイス 本発明は、ショットキーバリア及びｐｎ接合を有する高速デバイスで、製造の 歩留まり及び特性を改良しつつ寄生容量を減らす技術に関する。 ＲＦ及びマイクロ波周波数デバイスの多くの応用において、非常に弱い信号を 変調し又は検知する性能のみに関する改良が行われている。マイクロ波及びＲＦ 周波数領域では、無線周波数通信及びレーダシステムのために非常に感度の良い 受信装置の開発が必要とされる。パラメトリック相互作用のために特に使用され る接合ダイオードはバラクタダイオードである。多くの応用でバラクタ及びショ ットキー接合ダイオードはＳｉ系デバイスとされるが、高周波用のバラクタ及び ショットキー接合ダイオードは通常ＧａＡｓ系とされる。 デバイスの周波数応答速度が増すにつれて、容量及びインダクタンスの寄生分 がデバイスの設計に大部分にわたって最小とされなければならない。即ち、寄生 容量及び寄生インダクタンスはデバイスの周波数応答に対して大きな悪影響を生 じ得る。 まず所定のデバイスの容量によれば、基本的に容量を生じ得る３つの点が存在 する。第１に、それは半導体デバイスの個別層間の接合に係る接合容量である。 所定のデバイスの接合容量を減らすために、通常その接合幅は可能な限り小さく される。しかしながら、接合幅を減らす際に、接合容量が減らされることと結合 抵抗が増すこととの間の調整がしばしば注意深く考慮されなければならない。次 に、デバイスのパッケージに係る容量が考慮され、可能な限り減らされなければ ならない。最後に、本発明の関与する点であるが、デバイスの金属配線に設けら れるボンディング用パッドの容量が、接合の構造に重なる位置で生じる。 ボンディング用パッドの寄生容量は、他の容量の原因と同様に、ボンディング 用パッドの面積に直接的に依存する。ボンディング用パッドの面積を減らすため の可能な解決法の一つは、ボンディング用パッド自体の面積を減らすことであっ た。図１に示される如き通常のプロセス技術では、標準のバラクタは２５μｍ程 度の幅のボンディング用パッドの配線を有する。このことは、ボンディング用パ ッドに係る容量を減らす本来的な利点を有し、これによりバラクタの周波数応答 を改善できる。パッケージのインダクタンスは、チューニング（又は調整）のた めのバラクタのＲＦ特性に対して重要な役割を担う。特に高周波で最大のＱ値（ クオリティ因子）を得るために、約７６μｍの厚さのボンディングリボンがボン ディングワイヤの代わりに設けられる。２５μｍ程度のメサ型ＧａＡｓ接合部分 に７６μｍ程度のリボンをボンディングするのは困難な作業であり、製造の歩留 まりは低いものとなってしまう。更に、製造されたデバイスの信頼性も落ちてし まう。即ち、ボンディング用パッドの面積が比較的小さいために、製造の歩留ま りは通常非常に低くなってしまう。またそれによってボンディングの強度が弱く なりデバイスへの接続信頼性が落ちる。このように電気的接続の信頼性がないこ とはデバイスへの実際のボンディング接続当初から発生し得るし、また及びデバ イスの信頼性検査の際に行われるボンディング部引っ張り試験の際の不良として も生じ得る。 理論上は、２５μｍのボンディング用パッドに正確に位置合わせされる２５μ ｍ程度のボンディングワイヤを使用することは、十分に信頼性が高くボンディン グ部引っ張り試験に耐え得る強度を有する接続を提供する。しかしながら、実際 にはそれは得られない。即ち、頻繁に位置合わせ不良が起こり、またボンディン グ部引っ張り試験によってボンディングワイヤとボンディング用パッドとの接続 に不良が生じる。更にボンディング用パッドへの電気的接続のためにボンディン グ用ワイヤを使用することは、デバイスのインダクタンスを増し、寄生インダク タンスを生ぜしめる。この寄生インダクタンスはそのデバイスの性能、例えばバ ラクタダイオードのチューニング性能を劣化させてしまう。ボンディングワイヤ に係るインダクタンスを最小にしなければならない応用では、２５μｍ程度のボ ンディング用ワイヤの代わりに７６μｍ程度の幅を有する電気部品であるボンデ ィングリボンが使用される。ボンディングリボンは同様に使用されるボンディン グワイヤに比べて単位長さあたりのインダクタンスはより小さくなる。 ボンディング用パッドと外部回路との電気的接続を実現するために最も効果的 な方法を検討する際に、更に２、３の考慮すべき内容がある。第１に、ボンディ ングリボンによれば、２５μｍ程度の径を有する標準のボンディングワイヤを使 用するワイヤボンディングに比較してその信頼性は比較的低く、よって歩留まり は低くなる。即ち、２５μｍ程度の直径のボンディング用パッドに被着される約 ７６μｍのボンディングリボンは、ボンディング部引っ張り検査の際に高い割合 で剥離を生じてしまう。これはボンディングリボンが大きく重なって位置するこ との直接の結果である。これは、頂側のボンディング用パッドに被着されるボン ディングリボンを有する従来技術のバラクタとして、図１中により詳細に示され る。ボンディングリボンとの良好な被着を適当に実現するために、ボンディング 用パッドの径を大きくして、ボンディングリボンとボンディング用パッドとのボ ンディング強度を最適にする必要がある。更に、半導体ダイオードを量産し低価 格で提供するために、自動ボンディング装置を使用することが必要とされる。し かしながら、これらのボンディング装置はパターン認識の原理に基づくものであ り、よって効果的な動作のためには少なくとも１００μｍ程度の大きさのボンデ ィング面積を必要とする。従って、ボンディング用パッドの径は従来のものより も更に大きくされなければならない。上述したように、このことはボンディング パッドに係る容量を増すことになり、それは高速デバイスには大きな欠点となっ てしまう。最後に、特定の応用では、ワイヤボンディングがボンディング用パッ ドと外部回路との電気的接続を実現するための好ましい手段とされ、従ってより 大きな径のボンディング用パッドがより信頼性の高いワイヤボンディングによる 被着を可能にし、よってボンディング接続の信頼性及び歩留まりを改善できる点 に注目すべきである。 従って、必要とされるのは、高速デバイスとしてのデバイスレベルでの電気的 接続を実現し、ボンディング用パッドに係る容量を減らすと共にボンディング強 度を改善する技術である。製造されるデバイスは、製造の歩留まりが改善される と共に寄生容量及び寄生インダクタンスが減らされることによる改善された性能 を有する。 本発明は、リボン又はワイヤを半導体装置上のボンディング用パッドにボンデ ィング接続する技術に関し、それは、比較的大きなボンディング用パッドによっ てボンディングリボンとボンディング用パッドとの間の強固なボンディング接続 を実現可能とすると共に、ボンディング用パッドに係る容量を可能な限り大きな 割合だけ減らす。 本発明の半導体デバイスには約２５μｍの標準の幅を有するボンディング用パ ッドが形成される。比較的狭幅のボンディング用パッドを有するので、ボンディ ング用パッドによる真性の容量、即ち寄生容量は最小のレベルに維持される。そ の後一層の材料、好ましくはＢＣＢ（ベンゾシクロブテン：benzocycrobutene） の層がデバイスの対応するボンディング用パッドに成膜される。ベンゾシクロブ テンの層内に標準の技術によってボンディング用パッドへのアクセスを可能にす るためにバイアが形成される。その後、金属層がエッチングされたバイアの側壁 及びベンゾシクロブテンの層の頂側に成膜される。好ましくは金属とされるこの 導電性材料の層は、比較的大きな面積を有し、ボンディングリボンとボンディン グ用パッドとの強固なボンディング接続を可能にする。この金属層は、好ましく はボンディングリボンの径よりも大きな径を有し、よってボンディング用パッド の層にボンディングリボンを強固に被着させることを保証できる。しかしながら 、ベンゾシクロブテンの層のために、ボンディング用パッドに係る寄生容量が大 きく増えることはない。即ち、ベンゾシクロブテン材料はシリコン酸化物の如き この応用に好適な他の材料に比べて小さな誘電率を有するものとして選択される 。更に、ベンゾシクロブテンは比較的厚い層として成膜され得るので、それはボ ンディング用パッド構造に係る容量を更に減らす。本発明によるベンゾシクロブ テンの形成工程はショットキーダイオード及びチューニング用バラクタとして示 される。これらの２つのダイオードは例示のために示されるが、本発明を制限す るものではない。即ち本発明は、ＰＩＮダイオード、トンネルダイオード、ガン 素子及びインパット素子の如き高速デバイス、及びマイクロ波及びミリ波周波数 での応用に使用される他のデバイスのためのボンディング用パッドの容量を減ら すためにベンゾシクロブテンの形成工程を行う。 上述のように、本発明によるより大きなボンディング用パッドにおけるボンデ ィング接続の強化によって、本発明の技術によって製造されるデバイスはボンデ ィング部引っ張り試験及び他の信頼性試験に残るので、総じて歩留まりが向上す る。しかしながら、ベンゾシクロブテンの層のためにデバイスの全容量はこの比 較的大きなボンディング用パッドによっても悪影響を受けない。即ち、ボンディ ング用パッドの層を標準の約２５μｍから本発明の如く約１００μｍへと大きく する際の増加した容量は、約１６倍の真性の容量、即ち寄生容量を生じ得る。し かしながら、比較的厚い層に成膜されたベンゾシクロブテンの小さな誘電率のた めに、従来のボンディング用パッド及びボンディング技術に比較して、容量によ る大きな劣化を生じることはない。更に本発明のデバイスはボンディングリボン 又はボンディングワイヤをボンディング用パッドに自動ボンディングすることを 可能にする。 本発明の一つの目的は、Ｓｉ／ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＧｅデバイス（２端子 又は３端子デバイス）のための歩留まりが改善された製造工程を提供し、一方で ボンディング用パッドに係る寄生容量を減らすことにある。 本発明の特徴によれば、半導体デバイス構造に重ねてベンゾシクロブテンによ るポリマー層が設けられ、それはベンゾシクロブテン内のバイア及びベンゾシク ロブテンの頂面の一部に金属配線して成る大面積のボンディング用パッドを有す る。 本発明の利点は、寄生容量による劣化を生じることなくボンディング用パッド とボンディングリボン又はボンディングワイヤとの被着強度が改善されるデバイ スを提供する。 図１及び図２は、ボンディング用パッド及びそれに接続されるボンディング用 を有するバラクタの従来技術を示す平面図及び側方から見た断面図である。 図３は、ボンディングワイヤが被着されたボンディング用パッドを有する本発 明によるショットキーバリアダイオードを示す平面図及び断面図である。 図４は、ボンディングリボンが被着されるボンディング用パッドを示す本発明 によるバラクタを示す平面図、及び断面図である。 図３によれば、本発明のデバイスはデバイスの一例を示す図である。即ち、図 ３は参照番号３０１としてショットキーデバイスを示す。ショットキーデバイス は、ｎ型にドープされたシリコン層３００、及び標準のショットキーバリア層を 形成すべくその上に成膜されたバリア形成金属層３０２を有する。 ショットキーバリアダイオードの製造の際に、ｎ^-Ｓｉ基板３０３は約２×１ ０¹⁸ａｔｏｍ／ｃｍ³よりも大きなドーパント濃度を有する層として形成される 。ｎ型エピタキシャル層３００は好ましくは０．１５乃至１．０μｍ程度の厚さ を有する。ショットキーバリアを形成する半導体部分のためにこのｎ型エピタキ シャル層に設定されるドーパント濃度は、好ましくは５×１０¹⁶ａｔｏｍ／ｃｍ³ 乃至１×１０¹⁷ａｔｏｍ／ｃｍ³とされ、基板とエピタキシャル層のドーパント は適当なドナードーパントとされる。好ましくは、ＳｉＯ₂又はＳｉ₃Ｎ₄の層は 、エピタキシャル層３００の上に標準のフォトリソグラフィによるエッチング技 術のためのマスク、及びパッシベーション膜として成膜される。この層の幅は約 ３００乃至１００００オングストロームとされ、その材料の比較的低い誘電率の ために追加の寄生容量を追加することのないようにしてデバイスに悪影響がない ようにする。エッチングされる際に、層３０８はバリア形成金属層３０２を露出 させるが、それは小さなバリアを有するショットキーダイオードの場合にはＴｉ が好ましく、中程度のバリアを有するショットキーダイオードが望まれる場合に はＴｉＷとされ、高いバリアのショットキーダイオードのためにはＰｔとされる 。このバリア形成材料は標準の成膜技術によって成膜される。ベンゾシクロブテ ン（ＢＣＢ）層３０４はバイア３０５を有するようエッチングされ、参照番号３ ０６で示されるボンディング用パッド配線を具えるよう構成される。この金属配 線は好ましくはＰｔＡｇ／ＰｔＡｕとされ、拡散防止層としても作用する被着層 となるＴｉＰｔ層、バイアを埋めるよう配置される安価な導電性材料であるＡｇ 、及び信頼性の高いボンディング面を形成するＡｕを有する。 バイアを形成するためにエッチングされるベンゾシクロブテンの成膜方法は公 知である。図示されるようにバイアは傾斜側壁を有するが、それは近接露光によ って形成され良好なステップカバレージを可能にする。ベンゾシクロブテンに対 するボンディング用パッドの効果的な被着は、金属の蒸着に先立ってイオンビー ム処理を施した連続の工程によって実現される。金属層３０６、３０７は、ベン ゾシクロブテンの頂面及びバイア内面に成膜され、上述した特許出願に示される ような標準の蒸着法又は他の技術によって層３０２との接続が成される。その後 、ボンディング用ワイヤは標準の技術によってボンディング用パッドに被着され る。 図４によれば、類似のデバイスがバラクタとして示され、それはｎ⁺型ＧａＡ ｓ基板４００、及び好ましくはＧａＡｓとされるｎ型ドープ材料から成る第１層 ４０１を有する。その後、ｐ型ドープされた材料４０２の層が標準の技術によっ て反応室内でエピタキシャル成長されて形成される。 半導体材料の層４０２はその上に標準の成膜及び焼成技術によって形成される Ｐｔ／ＴｉＰｔの金属配線を有する。メサ構造がウエット式化学エッチング処理 によってＧａＡｓに形成される。Ｓｉ₃Ｎ₄層４０３は標準の技術によってメサ構 造のためのパッシベーション膜として形成される。参照番号４０４として示され る窓がＳｉ₃Ｎ₄層のパッシベーション層を貫通するようエッチングして形成され 、ベンゾシクロブテンの層４０６は上述したように好ましくは４μｍの厚さに成 膜されるが、厚さとしては３μｍ乃至１０μｍとされ得る。バイア４０７は標準 の方法によってエッチングされて、ＴｉＰｔ／Ａｇ／ＰｔＡｕによるボンディン グ用パッドのための金属配線４０８が成膜される。ウエハはその後上下反転して 置かれＡｕＧｅＮｉ／Ａｕの層４０９が３乃至４μｍの厚さにして成膜され、ｎ⁺ オーミック接触を構成する。その後、ウエハ内のチップをカットして個々のデ バイスを形成する。図３に示される平面図によれば、本発明のボンディング用パ ッドは、ボンディングリボンの寸法に合わせて約１００μｍの径を有するよう構 成される。上述したように、ボンディングリボンの幅よりも大きなボンディング 用パッド３０５の径を有することで、ボンディング用パッドとボンディングリボ ン との良好な被着が保証される。従って、ボンディング部引っ張り試験等の信頼性 試験が行われるとき、ボンディング用パッドとボンディングリボンとの間の被着 強度は図１及び図２に示される従来の構成よりも歩留まりにして約８０乃至９０ ％向上するのに十分であることが確認できる。 上述したように本発明によって導かれる利点は、マイクロ波及びＲＦ周波数で の様々な応用に使用されるショットキーダイオード及びバラクタを含むショット キーデバイスにおける、従来技術によるような寄生容量による悪影響がない高周 波での性能にある。更に本発明は、製造の歩留まりを維持できる従来の設計に不 利な効果を生じることなくボンディング用パッドに係る寄生容量を減らすことを 可能にする。即ち、ボンディング用パッドに対するボンディングリボン又はボン ディングワイヤの被着強度はボンディング部引っ張り強度に耐え得る程度に十分 強くされ、これによりボンディングの信頼性が保証される。ベンゾシクロブテン 材料は、低い誘電率を有し、比較的大きなボンディング用パッドをその上に形成 できるようにして比較的厚く成膜可能であり、ボンディング用パッドに係る寄生 容量を大きく増大させることはない材料である。 本発明の詳細が示されたが、全ての構造、材料、及び製造工程に変更を加える ことが当業者によって明らかであることは明白である。本発明の開示に関するそ のような変形、変更は、より低い容量を有する高周波半導体デバイスでありそれ がデバイス周辺に誘電材料を使用してより大きなボンディング用パッド面によっ て製造の歩留まりを向上させるものである限りにおいて、本発明の範囲に含まれ ると考えられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板、該基板上に配置される半導体デバイス、該デバイスに電気的に接触す るボンディング用パッドを有する半導体デバイスの構造において、 ベンゾシクロブテンの層が前記デバイスの周囲に置かれ、前記ボンディング用 パッドが前記ベンゾシクブテンの層の頂面に配置されるよう構成される構造。 ２．前記ベンゾシクロブテンの層はエッチングされて成るバイアを有し、前記バ イアは側面に導電層を有し、前記ボンディング用パッドと前記デバイスとの間の 電気的接触を提供することを更に特徴とする請求項１の構造。 ３．前記ボンディング用パッドは約１００μｍの径を有するよう構成されること を更に特徴とする請求項２の構造。 ４．前記ボンディング用パッドは前記ボンディングリボン又はボンディングワイ ヤに電気的に接続されるよう構成されることを更に特徴とする請求項３の構造。 ５．前記ボンディングリボン又はボンディングワイヤは約１０ｇのボンディング 引っ張り力に耐え得るよう構成されることを更に特徴とする請求項４の構造。 ６．前記デバイスはショットキーバリアダイオードであることを更に特徴とする 請求項１の構造。 ７．前記デバイスはバラクタであることを更に特徴とする請求項１の構造。 ８．基板、該基板上に配置される半導体デバイス、該半導体デバイスの周辺に設 けられるベンゾシクロブテンの層、該ベンゾシクロブテンの層の頂面と前記デバ イスの間を延びるバイア、及び前記ベンゾシクロブテンの前記頂面に設けられる ボンディング用パッドとを有することを特徴とする半導体デバイスの構造。 ９． 前記バイア上に置かれ、前記デバイスと前記ボンディング用パッドとの電 気的接続を実現する導電性材料の層を更に含むことを特徴とする請求項８の構造 。 １０． 前記ボンディング用パッドは約１００μｍの径を有することを特徴とす る請求項８の構造。 １１． 前記ボンディング用パッドは前記ボンディングリボンと電気的に接続さ れることを特徴とする請求項８の構造。 １２． 前記ボンディング用リボンは約１０ｇの引っ張り力に耐え得るよう構成 されることを特徴とする請求項８の構造。 １３． 所望のドーピングが成された半導体材料の層が成膜される基板、前記半 導体材料の層の上に形成されるバリア形成金属層、前記基板上の前記半導体層及 び前記バリア形成金属層の上に成膜されるベンゾシクロブテンの層、導電性材料 を含み前記ベンゾシクロブテンの層と前記バリア形成金属層との間に設けられる バイア、及び該バイアの周辺の前記ベンゾクシクロブテンの層の頂面及び前記バ イア内部に配置される導電性材料によって成る前記バリア形成金属層との電気的 接続部の上に形成されるボンディング用パッドを有することを特徴とする、寄生 容量が減らされたショットキーバリアデバイス。 １４． 前記半導体材料と前記バリア形成金属層の周辺部との間に絶縁材料の層 が配置されることを更に特徴とする請求項１３のショットキーバリアデバイス。 １５． 前記デバイスはショットキーバリアダイオードであり、前記バリア形成 金属はＴｉとされることを特徴とする請求項１３のショットキーバリアデバイス 。 １６． 前記デバイスはショットキーバリアダイオードであり、前記バリア形成 金属はＴｉＷとされることを特徴とする請求項１３のショットキーバリアデバイ ス。 １７． 前記デバイスはショットキーバリアダイオードとされ、前記バリア形成 金属はＰｔとされることを特徴とする請求項１３のショットキーバリアデバイス 。 １８． 第１のドーピング型による半導体材料から成る第１層、及び第２のドー ピング型による半導体材料から成る第２層を有するメサ構造が配置される基板、 前記メサ構造の略周辺に設けられるベンゾシクロブテンの層、該ベンゾシクロブ テンの層に形成されて導電性材料が充填されるバイア、前記ベンゾシクロブテン の層及び前記バイア内部に配置される導電性材料によって成る前記メサ構造との 電気的接続部の上に設けられるボンディング用パッドを有することを特徴とする 、寄生容量が減らされたショットキーバリアデバイス。 １９． 前記デバイスはバラクタダイオードとされることを特徴とする請求項１ ８のショットキーバリアデバイス。 ２０． 前記メサ構造の周辺及び前記基板上にパッシベーション層が形成され、 該パッシベーション層は窓を有するよう構成されることを特徴とする請求項１８ のショットキーバリアデバイス。