JP2002217197A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2002217197A
JP2002217197A JP2001009878A JP2001009878A JP2002217197A JP 2002217197 A JP2002217197 A JP 2002217197A JP 2001009878 A JP2001009878 A JP 2001009878A JP 2001009878 A JP2001009878 A JP 2001009878A JP 2002217197 A JP2002217197 A JP 2002217197A
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JP
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hole
upper electrode
substrate
back surface
via hole
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JP2001009878A
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Shinichi Wada
伸一 和田
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイアホール用の上部電極の大きさを極力小
さくし、チップ面積を小さくする。 【解決手段】 GaAs基板31上には、絶縁膜32が
堆積されており、その上に上部電極33が形成されてい
る。GaAs基板31には、貫通孔31aと貫通孔31
bとが形成されている。貫通孔31aは、従来方法と同
様に形成される。一方、貫通孔31bは、貫通孔31a
の形成後、表面から選択的に拡散したn型またはp型不
純物を含む部分を、ステインエッチングして形成され
る。ゆえに、n型またはp型不純物を拡散の際に開口す
る絶縁膜32のパターンを小さいものにすれば、貫通孔
31bの径を貫通孔31aの径に比べて十分小さくする
ことができる。このため、バイアホール用の上部電極3
3も小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイアホール構造
を有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話等の普及により、移動体
通信用の高周波ICの開発が盛んである。準マイクロ波
における送信用パワーアンプICもその1つであり、そ
の高性能化が強く望まれている。送信用パワーアンプM
MICでは、FET等の能動素子の高性能化、整合回路
の最適化とともに、チップ実装技術に関しても開発が進
められている。バイアホール技術は、これまでの実装技
術のように、グランド配線をチップ上の電極パッドから
ワイヤリングで引き出すのではなく、チップを貫通した
バイアホールを通じて裏面から引き出す技術である。こ
のバイアホール技術を用いて増幅用のFETのソース電
極をグランド接地した場合、寄生ソースインダクタンス
を大幅に減らすことができ、パワーアンプの特性、例え
ば利得を上げることができる。そのため、バイアホール
技術は、パワーアンプICの高性能化に必要な技術とな
っている。
【0003】バイアホール構造を有する半導体装置、お
よび半導体装置の製造方法については、例えば、特公平
7−9980、特許公報2746483、特許公報27
73899などに開示されている。ここで、図3は、従
来技術によるバイアホール構造の一例を示す断面図であ
る。11は、厚さ100〜150μm程度まで裏面研削
された半絶縁性GaAs基板であり、裏面から表面の上
部電極13まで貫通した孔11aを有している。GaA
s基板11上には、絶縁膜12が堆積されており、基板
貫通孔11aと上部電極13を結ぶ貫通孔12aを有し
ている。この絶縁膜12には、例えばSiなどが
使われる。その上には、上部電極13が形成されてお
り、この上部電極13は、例えば、MMICで一般的に
用いられている配線電極と同じTi/Pt/Auであ
る。GaAs基板11の裏面と基板貫通孔11aの側
面、絶縁膜貫通孔12aの側面と上部電極13の裏面に
は、蒸着膜14とメッキ膜15が形成されている。蒸着
膜14は、例えばTi/Auで、メッキ膜14の下地と
なる。メッキ膜15は、Auメッキによって形成され
る。
【0004】上述した構造によると、基板貫通孔11a
と絶縁膜貫通孔12a、つまりバイアホールを通して蒸
着膜14とメッキ膜15と上部電極13とが接続され
る。基板表面に形成した増幅用FETのソース電極(図
示略)と上部電極13とを接続すれば、ワイヤリングに
よってグランド接地することなく、直接、バイアホール
を通して基板の裏面からグランド電極をとることができ
る。このため、ワイヤに発生する寄生インダクタを除去
することができ、パワーアンプの重要特性である利得を
上げることができる。
【0005】次に、図3に示すバイアホール構造を形成
するための製造方法を、図4を参照して説明する。ま
ず、図4(a)に示すように、FETや抵抗、キャパシ
タ、インダクタによる回路(図示略)が表面に形成され
た半絶縁性GaAs基板11(以下、GaAs基板11
という)上に表面保護用のワックス21を塗布し、支持
基板となる石英板22を貼り付ける。このとき、GaA
s基板11の厚さは、約500〜700μm程度であ
る。
【0006】その後、図4(b)に示すように、GaA
s基板11の厚さを100〜150μm程度まで研削す
る(点線部分)。研削後、図4(c)に示すように、G
aAs基板11の裏面にレジスト23を塗布し、露光・
現像によりバイアホール形成部分のレジストを選択的に
除去する。レジスト除去後、図4(d)に示すように、
ウェットエッチング、あるいはドライエッチングによ
り、GaAs基板11を貫通する孔11aを形成する。
ここで、例えばウェットエッチングであるならば、リン
酸と過酸化水素水と水の混合液などがエッチャントとし
て使われる。次に、図4(e)に示すように、上部電極
13下の絶縁膜12をウェットエッチングあるいはドラ
イエッチングで除去し、裏面より上部電極13を露出さ
せた後、レジスト23を除去し、蒸着膜14を電子線蒸
着によってGaAs基板11の裏面、貫通孔11aの側
壁、上部電極13下に形成する。この蒸着膜14は、次
工程のAuメッキの下地膜となり、例えばTi/Auな
どが用いられる。
【0007】その後、図4(f)に示すように、裏面全
体にAuメッキを施し、Auメッキ膜15を形成した
後、GaAs基板11の表面に保護膜として塗布された
ワックス21を除去する。ワックス21を除去すること
によって、その上の石英板も同時に剥がれ、図3に示す
ようなバイアホール構造を形成することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術によるバイアホール構造には、次のような問
題がある。厚さ100〜150μmのGaAs基板11
に貫通孔11aを形成する場合、確実に基板表面までエ
ッチング孔を貫通させるためには、エッチング孔の径を
大きくしなければ、アスペクト比(縦・横比)が大きく
なってしまい、GaAs基板11を貫通する前にエッチ
ングが止まってしまう。GaAs基板11面内の厚さの
ばらつき、エッチングレートのばらつきを考えると、十
分大きな径を必要とする。エッチング孔の深さを100
〜150μmとした場合、エッチング径を200〜30
0μm程度にしなければならない。この場合、上部電極
13の大きさも200μm□程度の大きさが必要となる
という問題がある。
【0009】バイアホール構造を採用する場合、チップ
表面のIC回路の中にバイアホール用の上部電極13を
形成する必要があるが、上述した理由により、200μ
m□程度の電極パッドのスペースをとる必要があり、チ
ップ面積の拡大につながってしまうという問題がある。
【0010】そこで本発明は、バイアホール用の上部電
極の大きさを極力小さくすることができ、チップ面積を
小さくすることができる半導体装置を提供することを目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項1記載の発明による半導体装置は、半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成された上部電極と、前記半
導体基板の裏面から表面へ貫通し、前記上部電極の裏面
に達する、異なる径の連続した第1の貫通孔と第2の貫
通孔とにより形成されたバイアホール構造とを具備し、
前記第2の貫通孔は、前記半導体基板の表面から不純物
を拡散した領域を、前記半導体基板の裏面から選択的に
エッチングすることにより形成されたことを特徴とす
る。
【0012】また、好ましい態様として、例えば請求項
2記載のように、請求項1記載の半導体装置において、
前記第1の貫通孔は、前記半導体基板の裏面側に形成さ
れ、前記第2の貫通孔は、前記半導体基板の表面側に形
成されていてもよい。
【0013】また、好ましい態様として、例えば請求項
3記載のように、請求項2記載の半導体装置において、
前記第2の貫通孔は、前記第1の貫通孔よりも径が小さ
くなるようにしてもよい。
【0014】この発明では、半導体基板の裏面から表面
へ貫通し、前記半導体基板の表面に形成された上部電極
の裏面に達する貫通孔を形成する際に、前記半導体基板
の裏面から第1の貫通孔を形成した後、前記半導体基板
の表面から不純物を拡散した領域を、前記半導体基板の
裏面から選択的にエッチングすることにより第2の貫通
孔を形成することによりバイアホール構造を形成する。
したがって、バイアホール用の上部電極の大きさを極力
小さくすることが可能となり、チップ面積を小さくする
ことが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。
【0016】A.実施形態の構成 図1は、本発明の実施形態による半導体装置(バイアホ
ール構造)の構造を示す断面図である。図において、G
aAs基板31上には、絶縁膜32が堆積しており、該
絶縁膜32の一部が除去され、その部分に上部電極33
が形成されている。ここで、例えば、絶縁膜32にはS
、上部電極33には、通常、MMICで配線電
極として一般的に用いられるTi/Pt/Auが用いら
れる。絶縁膜32には、上部電極33とGaAs基板3
1とを結ぶ貫通孔32aが形成されている。GaAs基
板31には、貫通孔31aと貫通孔31bとが形成され
ている。貫通孔31aは、従来方法と同様に形成される
ものである。一方、貫通孔31bは、表面からn型また
はp型不純物を拡散した領域を、ステインエッチングし
て形成されたもので、貫通孔31aの形成時のエッチン
グ後に形成される。
【0017】GaAs基板31の裏面、貫通孔31aと
貫通孔31bとの側壁、絶縁膜32の貫通孔32aの側
壁、上部電極33の裏面には、全体が被膜されるように
蒸着膜34が蒸着されており、その蒸着膜34を下地と
して更にAuメッキ膜35が形成されている。
【0018】ここで、貫通孔31bは、表面から選択的
に拡散したn型またはp型不純物を含む部分を、ステイ
ンエッチングして形成された孔であるので、拡散の際に
開口する絶縁膜32のパターンを小さいものにすれば、
貫通孔31bの径を貫通孔31aの径に比べて十分小さ
くすることができる。そのため、バイアホール用の上部
電極33の従来のものよりも小さくすることができる。
【0019】B.半導体装置の製造方法 次に、上述した実施形態による半導体装置の製造方法に
ついて説明する。ここで、図2は、本実施形態による半
導体装置の製造方法を説明するための工程遷移図であ
る。まず、図2(a)に示すように、GaAs基板31
上に絶縁膜32を、例えばCVD法で堆積する。その
後、図示しないが、GaAs基板31上および絶縁膜3
2上にFET、抵抗素子、キャパシタ素子、インダクタ
ンス素子を形成し、回路を形成する。
【0020】各素子を形成後、図2(b)に示すよう
に、レジスト40を塗布し、PR工程によってレジスト
40を部分的に除去し、ドライエッチングまたはウェッ
トエッチングによりレジスト40を除去した領域の絶縁
膜32を除去する。
【0021】次に、レジスト40を除去した後、図2
(c)に示すように、開口され、GaAs基板31の表
面を露出した部分に、n型またはp型不純物を拡散する
(領域30)。ここで、例えば、p型不純物であるとす
ると、Znが拡散される。このとき、不純物は、数μm
から10μm程度の深さまで拡散される。
【0022】次に、図2(d)に示すように、回路の配
線電極形成とともに、不純物を拡散した領域30の上に
上部電極33を形成する。
【0023】次に、図2(e)に示すように、表面保護
膜としてワックス41を塗布し、その上に支持基板とし
て石英板42を貼り付ける。
【0024】その後、図2(f)に示すように、GaA
s基板31を厚さ100〜150μm程度になるまで、
裏面研削した後、裏面にPR工程を施し、バイアホール
形成領域のレジスト43を選択的に除去する。
【0025】次に、図2(g)に示すように、ウェット
エッチングまたはドライエッチングによってGaAs基
板31に貫通孔31aを形成する。このとき、不純物が
拡散された領域(不純物拡散層)30に達するまでエッ
チングを行う。例えば、ウェットエッチングを用いた場
合には、リン酸と過酸化水素水と水との混合液がエッチ
ャントとして用いられる。
【0026】その後、図2(h)に示すように、ステイ
ンエッチングによって裏面より不純物が拡散された領域
30を選択的にエッチングすることにより、貫通孔31
bを形成する。
【0027】次に、図2(i)に示すように、レジスト
43を除去した後、蒸着膜34、Auメッキ膜35を形
成する。このとき、蒸着膜34は、Auメッキ膜35の
下地となり、例えば、Ti/Auが電子線蒸着によって
形成される。また、Auメッキ膜35は、数μmから5
0μm程度の厚さで形成され、これらの膜により上部電
極33と裏面が電気的に導通される。
【0028】その後、従来方法と同様にして表面のワッ
クス41と石英板42を除去することで、図1に示すよ
うなバイアホール構造を実現する。
【0029】この方法によれば、上部電極33の大きさ
は、貫通孔31b、つまり不純物を拡散した領域30の
面積によって決まることから、不純物拡散領域30のパ
ターニングを極力小さくすることで従来の電極面積より
も小さくすることができる。
【0030】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、半導体基
板の裏面から表面へ貫通し、前記半導体基板の表面に形
成された上部電極の裏面に達する貫通孔を形成する際
に、前記半導体基板の裏面から第1の貫通孔を形成した
後、前記半導体基板の表面から不純物を拡散した領域
を、前記半導体基板の裏面から選択的にエッチングする
ことにより第2の貫通孔を形成することによりバイアホ
ール構造を形成するようにしたので、バイアホール用の
上部電極の大きさを極力小さくすることができ、チップ
面積を小さくすることができるという利点が得られる。
【0031】また、請求項2記載の発明によれば、前記
第1の貫通孔を、前記半導体基板の裏面側に形成し、前
記第2の貫通孔を、前記半導体基板の表面側に形成する
ようにしたので、バイアホール用の上部電極の大きさを
極力小さくすることができ、チップ面積を小さくするこ
とができるという利点が得られる。
【0032】また、請求項3記載の発明によれば、前記
第2の貫通孔を、前記第1の貫通孔よりも径が小さくな
るようにしたので、バイアホール用の上部電極の大きさ
を極力小さくすることができ、チップ面積を小さくする
ことができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による半導体装置(バイアホ
ール構造)の構造の一例を示す断面図である。
【図2】本実施形態による半導体装置の製造方法を説明
するための工程遷移図である。
【図3】従来技術によるバイアホール構造を示す断面図
である。
【図4】従来技術による半導体装置の製造方法を説明す
るための工程遷移図である。
【符号の説明】
31……GaAs基板(半導体基板)、31a……貫通
孔(第1の貫通孔)、31b……貫通孔(第2の貫通
孔)、32……絶縁膜、33……上部電極、34……蒸
着膜、35……Auメッキ膜
フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA05 BB14 CC01 DD08 DD09 DD21 DD34 DD37 DD52 FF02 FF13 FF17 FF22 FF27 GG12 GG13 HH20 5F033 GG02 HH07 HH13 HH18 JJ01 JJ07 JJ13 JJ18 KK01 MM02 MM12 MM13 MM30 NN06 NN07 PP19 PP27 PP33 QQ07 QQ09 QQ11 QQ19 QQ37 QQ46 QQ58 QQ62 SS11 VV05 XX00 5F102 FA00 GA15 GA16 GA17 GB02 GD01 GJ05 GV08 HC11 HC15 HC30

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の表面に形成された上部電極と、 前記半導体基板の裏面から表面へ貫通し、前記上部電極
    の裏面に達する、異なる径の連続した第1の貫通孔と第
    2の貫通孔とにより形成されたバイアホール構造とを具
    備し、 前記第2の貫通孔は、前記半導体基板の表面から不純物
    を拡散した領域を、前記半導体基板の裏面から選択的に
    エッチングすることにより形成されたことを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の貫通孔は、前記半導体基板の
    裏面側に形成され、前記第2の貫通孔は、前記半導体基
    板の表面側に形成されていることを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第2の貫通孔は、前記第1の貫通孔
    よりも径が小さいことを特徴とする請求項2記載の半導
    体装置。
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Cited By (3)

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