JP2001274174A - 高周波半導体装置 - Google Patents

高周波半導体装置

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JP2001274174A
JP2001274174A JP2000086845A JP2000086845A JP2001274174A JP 2001274174 A JP2001274174 A JP 2001274174A JP 2000086845 A JP2000086845 A JP 2000086845A JP 2000086845 A JP2000086845 A JP 2000086845A JP 2001274174 A JP2001274174 A JP 2001274174A
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JP
Japan
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plating layer
metal plating
via hole
insulating substrate
semi
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JP2000086845A
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English (en)
Inventor
Seiichi Hirata
誠一 平田
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の金属めっき層とパッケージ間の
剥離を防止した高周波半導体装置を提供すること。 【解決手段】 複数の電極を有する電界効果トランジス
タが表面に形成されたGaAs基板11と、このGaA
s基板11の表面に形成された電界効果トランジスタの
ソース電極に接続された電極パッドS1と、この電極パ
ッドS1の下方に位置するGaAs基板11部分に形成
されたビアホール12とを具備し、GaAs基板11の
裏面に形成される金属めっき層13b、14が裏面全体
でなくその一部のみに形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果トランジ
スタなどの半導体素子を半絶縁性基板上に形成した高周
波半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波の増幅などに使用される高周
波半導体装置は、たとえば、電界効果トランジスタなど
の能動素子およびストリップ線路やキャパシタなどの受
動素子をそれぞれ半絶縁性基板上に一緒に形成した半導
体装置を、パッケージ内に収納した構造になっている。
この場合、半導体装置を取り付けるパッケージは、半導
体装置上に形成される電界効果トランジスタの電極を接
地する接地機能を有している。同時に、電界効果トラン
ジスタなどが動作時に発生する熱を放出する放熱機能も
有している。
【0003】したがって、半導体装置をパッケージに取
り付ける場合、半導体装置とパッケージが、電気的にも
熱的にも良好な接触状態となることが望まれる。このよ
うな良好な接触状態を実現する方法として、たとえば半
絶縁性基板の一部にビアホールを設ける方法がある。
【0004】ここで、ビアホールを設けた従来の高周波
半導体装置について、その製造工程を断面で示した図5
を参照して説明する。まず、図5(a)に示すように、
半絶縁性GaAs基板51上に電界効果トランジスタを
形成し、同時に、電界効果トランジスタのソースやゲー
ト、ドレインの各電極に接続されたソースパッドS、ゲ
ートパッドG、ドレインパッドDなどをGaAs基板5
1上に形成する。
【0005】次に、図5(b)に示すように、GaAs
基板51の一部、たとえばソースパッドSの下方部分に
ビアホール52を形成する。
【0006】次に、図5(c)に示すように、ビアホー
ル52の内面、および、GaAs基板51の裏面全体に
Auめっき層53を形成する。
【0007】Auめっき層53は、図6に示すように、
GaAs基板51の裏面全体(斜線領域)に形成され
る。図6では、GaAs基板51の表面側に電界効果ト
ランジスタが形成される領域を符号61で、ソースパッ
ドS、ゲートパッドG、ドレインパッドDが形成される
領域を符号S1、G1、D1で、また、ビアホール52
のGaAs基板51裏面の開口を符号521で示してあ
る。
【0008】上記した方法で製造された半導体装置は、
Auめっき層53が形成された面が、AuSnはんだな
どを用いてパッケージの底面にはんだ付けされる。
【0009】上記した構造によれば、半導体装置のAu
めっき層53とパッケージ間に電気的および熱的に良好
な接触状態が得られ、半導体装置とパッケージ間の電気
抵抗および熱抵抗が減少する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来の高周波半導体装
置は、半導体装置のAuめっき層がパッケージの底面な
どにはんだ付けされる。この場合、半導体装置とパッケ
ージは強く接合し、半導体装置がパッケージから剥離す
るようなことはない。しかし、半導体装置のGaAs基
板とAuめっき層との間に熱膨張率の相違があるため、
GaAs基板に反りが発生する。
【0011】したがって、生産性の向上やコスト低減の
ために、Agペーストなどの樹脂ペーストを用いて、半
導体装置をパッケージ上にマウントすると、高温キュア
時にGaAs基板に反りが発生し、半導体装置のAuめ
っき層と樹脂ペーストとの間に剥離が発生することがあ
る。
【0012】剥離が発生すると、半導体装置とパッケー
ジ間の電気的および熱的な接触が不十分となり、電気特
性が劣化し、また放熱が不十分になる。
【0013】本発明は、上記した欠点を解決し、半導体
装置の金属めっき層とパッケージ間の剥離を防止した高
周波半導体装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の電極を
有する半導体素子が表面に形成された半絶縁性基板と、
この半絶縁性基板の表面に形成され複数の電極の1つに
接続された電極パッドと、この電極パッドの下方に位置
する前記半絶縁性基板部分に形成されたビアホールと、
このビアホールの内面および前記半絶縁性基板の裏面に
形成された金属めっき層とを具備した高周波半導体装置
において、前記半絶縁性基板の裏面に形成された前記金
属めっき層が、前記半絶縁性基板の裏面全体でなくその
一部のみに形成されていることを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、そ
の製造工程を断面で示した図1を参照して説明する。ま
ず、図1(a)に示すように、半絶縁性GaAs基板1
1上に電界効果トランジスタを形成し、同時に、電界効
果トランジスタのソースやゲート、ドレインの各電極に
接続されたソースパッドS、ゲートパッドG、ドレイン
パッドDなどをGaAs基板11上に形成する。
【0016】次に、図1(b)に示すように、GaAs
基板11の一部、たとえばソースパッドSの下方部分に
ビアホール12を形成する。
【0017】次に、図1(c)に示すように、ビアホー
ル12の内面およびGaAs基板11裏面のビアホール
12の開口の周辺部に、それぞれAuめっき層13a、
13bを形成する。また、電界効果トランジスタのソー
スやゲート、ドレインの各電極が形成された領域の下方
にAuめっき層14を形成する。
【0018】上記した方法によれば、図2に示すよう
に、GaAs基板11の裏面には、裏面全体でなく、そ
の一部のみにAuめっき層が形成される。たとえば、ビ
アホール12の開口12aを囲むその周辺部および電界
効果トランジスタが形成された領域の下方のみに、それ
ぞれが互いに接続しない独立したAuめっき層13b、
14が形成される。たとえば、電界効果トランジスタが
形成された領域下方のAuめっき層14はほぼ長方形状
に形成される。また、ビアホール12の開口周辺部のA
uめっき層13bは、GaAs基板11裏面の開口12
aの縁に沿ってその全体をある幅で囲むようにたとえば
環状に形成される。
【0019】GaAs基板11の裏面の一部だけにAu
めっき層を残す場合、まず、GaAs基板11の裏面全
面にAuめっき層を形成する。その後、Auめっき層を
残す領域にレジストを形成し、レジストの形成されてい
ない部分のAuめっき層をエッチングで除去し、さら
に、レジストを除去する方法で行われる。
【0020】なお、図2では、GaAs基板11の表面
側にソースパッドS、ゲートパッドG、ドレインパッド
Dが形成される領域を符号S1、G1、D1で示してい
る。図2に示されるように、ゲートパッドGやドレイン
パッドDが形成された領域の下方部分G1、D1にはA
uめっき層が形成されていない。
【0021】上記した方法で製造された半導体装置は、
たとえば樹脂ペーストなどを用いて、Auめっき層13
b、14が形成された側の裏面がパッケージの底面など
に接合される。このとき、半導体装置とパッケージ間に
電気的および熱的に良好な接触状態が得られ、半導体装
置と基板間の電気抵抗および熱抵抗が減少する。
【0022】また、上記した構成によれば、Auめっき
層が形成される領域はGaAs基板裏面の全体でなくそ
の一部になっている。また、ビアホール開口の周辺部に
形成されたAuめっき層と、電界効果トランジスタが形
成された領域の下方部分のAuめっき層とが分離してい
る。そのため、GaAs基板とAuめっき層間のバイア
メタル効果が小さくなり、反りの発生が抑えられる。
【0023】なお、ビアホールの開口周辺部のAuめっ
き層は、電界効果トランジスタなどの増幅素子が動作時
に発生する熱を拡散させる効果をもっている。したがっ
て、熱拡散効果を考えた場合、Auめっき層の面積は広
い方が効果が大きい。しかし、Auめっき層の面積が広
くなるとバイアメタル効果が大きくなる。
【0024】したがって、ビアホールの開口周辺部に形
成する金属めっき層の幅、たとえば、ビアホール開口の
ほぼ中心部分を通る線上における幅L(図2)を、Ga
As基板裏面のビアホールの開口直径l(図2)の13
0%以下となるようにしている。このような寸法に設定
することにより、必要な熱拡散効果が得られ、同時に、
バイアメタル効果も抑えられる。たとえばビア径lが1
00μm程度の場合、金属めっき層の幅は130μm程
度に設定される。
【0025】また、ビアホール開口の縁から30μm程
度の幅でAuめっき層を残することによっても、必要な
熱拡散効果が得られ、同時に、バイアメタル効果が抑え
られる。この寸法は素子部についても同様である。
【0026】次に、本発明の他の実施形態について図3
を参照して説明する。図3では、図2に対応する部分に
は同じ符号を付し、重複する説明を一部省略する。
【0027】この実施形態の場合、GaAs基板11裏
面の端縁に接する周辺部全体にもAuめっき層31が残
されている。周辺部全体にAuめっき層31を残した場
合、周辺部全体が同電位となるため、GaAs基板11
上における電位のふらつきが抑えられる。なお、Auめ
っき層31は周辺部を同電位にする目的であるため、で
きるだけ狭い幅で形成し、たとえば、他の2つのAuめ
っき層13b、14の幅よりも狭くしている。
【0028】次に、本発明のもう1つの他の実施形態に
ついて図4を参照して説明する。図3では、図2および
図3に対応する部分には同じ符号を付し、重複する説明
を一部省略する。
【0029】この実施形態の場合、さらに、周辺部全体
に形成された金属めっき層31と電界効果トランジスタ
などが形成された領域の下方部分の金属めっき層14と
を、ビアホールの開口周辺部に形成された金属めっき層
13bを経由せずに、直接接続する第1の接続用金属め
っき層41aを残している。また、周辺部全体に形成さ
れた金属めっき層31とビアホールの開口周辺部に形成
された金属めっき層13bとを、電界効果トランジスタ
などが形成された領域の下方部分に形成された金属めっ
き層14を経由せずに、直接接続する第2の接続用金属
めっき層41bを残している。
【0030】この場合も、たとえば接地する領域全体が
電気的に接続され、GaAs基板11上の電位のふらつ
きが抑えられる。なお、第1の接続用金属めっき層41
aと第2の接続用金属めっき層41bを同時に設けれ
ば、電位のふらつきをより確実に防止できるが、その一
方だけでも有効である。また、周辺部全体に形成された
金属めっき層31と金属めっき層13bあるいは金属め
っき層14とを直接接続する構成にしている。この場
合、金属めっき層が連続する長さが短くなり、バイアメ
タル効果が小さくなる。
【0031】なお、上記の実施形態では、GaAs基板
上に形成される半導体素子が電界効果トランジスタの場
合で説明している。しかし、半導体素子が電界効果トラ
ンジスタ以外の場合でも、この発明を適用できる。ま
た、半絶縁性基板もGaAsに限るものではない。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の金属めっ
き層とパッケージ間の剥離を防止した高周波半導体装置
を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を説明するための製造工程図
である。
【図2】本発明の実施形態における基板裏面に形成され
た金属めっき層を説明するための図である。
【図3】本発明の実施形態における基板裏面に形成され
た金属めっき層の他の例を説明するための図である。
【図4】本発明の実施形態における基板裏面に形成され
た金属めっき層の他の例を説明するための図である。
【図5】従来例を説明するための製造工程図である。
【図6】従来例における基板裏面に形成された金属めっ
き層を説明するための図である。
【符号の説明】
11…GaAs基板11 12…ビアホール 12a…ビアホールの開口 13b、14、31、41a、41b…金属めっき層 S…ソースパッド G…ゲートパッド D…ドレインパッド

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の電極を有する半導体素子が表面に
    形成された半絶縁性基板と、この半絶縁性基板の表面に
    形成され前記複数の電極の1つに接続された電極パッド
    と、この電極パッドの下方に位置する前記半絶縁性基板
    部分に形成されたビアホールと、このビアホールの内面
    および前記半絶縁性基板の裏面に形成された金属めっき
    層とを具備した高周波半導体装置において、前記半絶縁
    性基板の裏面に形成される前記金属めっき層が、前記半
    絶縁性基板の裏面全体でなくその一部のみに形成されて
    いることを特徴とする高周波半導体装置。
  2. 【請求項2】 複数の電極を有する半導体素子が表面に
    形成された半絶縁性基板と、この半絶縁性基板の表面に
    形成され前記複数の電極の1つに続された電極パッド
    と、この電極パッドの下方に位置する前記半絶縁性基板
    部分に形成されたビアホールと、このビアホールの内面
    および前記半絶縁性基板の裏面に形成された金属めっき
    層とを具備した高周波半導体装置において、前記半絶縁
    性基板の裏面に形成される前記金属めっき層が、前記ビ
    アホールの開口周辺および前記半導体素子が形成された
    領域の下方に、それぞれ独立して形成されていることを
    特徴とする高周波半導体装置。
  3. 【請求項3】 複数の電極を有する半導体素子が表面に
    形成された半絶縁性基板と、この半絶縁性基板の表面に
    形成され前記複数の電極の1つに接続された電極パッド
    と、この電極パッドの下方に位置する前記半絶縁性基板
    部分に形成されたビアホールと、このビアホールの内面
    および前記半絶縁性基板の裏面に形成された金属めっき
    層とを具備した高周波半導体装置において、前記半絶縁
    性基板の裏面に形成される前記金属めっき層が、前記ビ
    アホールの開口周辺および前記半導体素子が形成された
    領域の下方、前記半絶縁性基板の端縁に接する周辺部全
    体に、それぞれ独立して形成されていることを特徴とす
    る高周波半導体装置。
  4. 【請求項4】 周辺部全体に形成された金属めっき層と
    半導体素子が形成された領域の下方部分に形成された金
    属めっき層とを、ビアホールの開口周辺に形成された金
    属めっき層を経由せずに直接接続する接続用金属めっき
    層を設けた請求項2または請求項3記載の高周波半導体
    装置。
  5. 【請求項5】 周辺部全体に形成された金属めっき層と
    ビアホールの開口周辺に形成された金属めっき層とを、
    半導体素子が形成された領域の下方部分に形成された金
    属めっき層を経由せずに直接接続する接続用金属めっき
    層を設けた請求項2または請求項3記載の高周波半導体
    装置。
  6. 【請求項6】 周辺部全体に形成された金属めっき層と
    半導体素子が形成された領域の下方部分に形成された金
    属めっき層とを、ビアホールの開口周辺に形成された金
    属めっき層を経由せずに直接接続する第1の接続用金属
    めっき層と、周辺部全体に形成された金属めっき層とビ
    アホールの開口周辺に形成された金属めっき層とを、前
    記半導体素子が形成された領域の下方部分に形成された
    金属めっき層を経由せずに直接接続する第2の接続用金
    属めっき層とを設けた請求項2または請求項3記載の高
    周波半導体装置。
  7. 【請求項7】 ビアホールの開口周辺に形成された金属
    めっき層の前記ビアホール開口のほぼ中心部分を通る線
    上における幅は、半絶縁性基板裏面の前記ビアホールの
    開口の直径の130%以下である請求項2または請求項
    3記載の高周波半導体装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015065233A (ja) * 2013-09-24 2015-04-09 三菱電機株式会社 半導体装置及びその製造方法

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A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040210