JP2004288999A

JP2004288999A - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP2004288999A
Application number: JP2003081192A
Authority: JP
Inventors: Masami Itsuda; 昌実五田
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】抵抗値を高精度に測定することのできる半導体装置を提供する。
【解決手段】絶縁性基板１１上に凹部１４ａと１４ｂを形成する。凹部１４ａと１４ｂを充填するように所定形状の導電性ペーストを印刷する。続いて、導電性ペーストを焼成して、凹部１４ａ、１４ｂに配置された電極１３ａと１３ｂと、両電極１３ａ，１３ｂに跨るように形成された厚膜状の抵抗体１２を形成する。凹部に１４ａ、１４ｂに形成されている分、電極１３ａ、１３ｂの方が抵抗体１２よりも厚く、電極１３ａ，１３ｂのシート抵抗は抵抗体１２のシート抵抗よりも小さい。従って、電極１３ａと１３ｂにプローブを接触させて抵抗体１２の抵抗値を測定する際に、接触位置にばらつきが生じても、測定値に大きなばらつき影響を与えない。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、抵抗値を高精度に測定可能な抵抗体を備えた半導体装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッドＩＣのように、絶縁性基板の上に一対の導体膜状の電極が形成され、その電極に跨るように厚膜状の抵抗体が形成された半導体装置が存在する。電極は、ＡｇＰｄやＡｇＰｔなどの導電性ペーストをスクリーン印刷などの方法で塗布し、焼成することにより形成される。また、厚膜抵抗体は、ＲｕＯ_２等から構成される抵抗ペーストをスクリーン印刷などの方法で印刷し、焼成することにより形成される（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−４６１４１号公報
【０００４】
ＡｇＰｄ導電性ペーストおよびＡｇＰｔ導電性ペーストを焼成して得られる電極のシート抵抗は、それぞれ１５〜２５ｍΩ、３〜５ｍΩである。また、ＲｕＯ_２等から構成される抵抗ペーストを焼成することにより形成される厚膜抵抗体のシート抵抗は、電極のシート抵抗よりもかなり高く、数Ω程度以上である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
抵抗体を備えたハイブリッドＩＣ等において、回路設計上、抵抗体の抵抗値を、例えば、５０ｍΩ以下に抑えたい場合がある。しかしながら、ＲｕＯ_２等を用いる方法では、厚膜抵抗体のシート抵抗、換言すれば、その材料たるＲｕＯ_２ペースト膜のシート抵抗が大きすぎるため、低抵抗の抵抗体を良好に形成することができない。
【０００６】
そこで、厚膜抵抗体を電極と同様に、抵抗率の十分に低い導電性ペーストで形成することが考えられる。
【０００７】
しかし、厚膜抵抗体と電極とを共に導電性ペーストから形成すると、完成した抵抗体の抵抗値を精度良く測定することが困難となる。即ち、この種の抵抗体の抵抗値を測定する際には、まず一対の測定用プローブを電極に当接させて所定の電流を流し、抵抗体の両端に生じる電圧値（電圧降下）を求める。次に、得られた電圧値から、算出式Ｒ（抵抗値）＝Ｖ（電圧値）／Ｉ（所定電流値）に基づいて抵抗値を算出する。その際に、抵抗体のシート抵抗の値と電極のシート抵抗の値とが近いときは、電極とプローブの当接位置のばらつきによって、測定される抵抗値がばらついてしまう。具体的には、一対のプローブの間隔が小さいと測定される抵抗値は相対的に小さく、一対のプローブの間隔が大きいと測定される抵抗値は相対的に大きくなる。
【０００８】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、抵抗値の測定を高精度におこなうことのできる抵抗を備えた半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る半導体装置は、
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板に形成された一対の電極と、
前記一対の電極間に、前記一対の電極と少なくとも一部が同一の材料から形成された抵抗体と、
を備え、電極と前記抵抗体とは、前記電極のシート抵抗が前記抵抗体のシート抵抗よりも小さくなるように形成されている。
【００１０】
この構成によれば、抵抗体と電極の少なくとも一部を同一の材料、例えば、導電性ペーストの焼成物から構成することができる。しかも、電極のシート抵抗の方が、抵抗体のシート抵抗よりも小さく形成されている。従って、抵抗体の抵抗値を測定するためのプローブと電極との接触位置がばらついたとしても、測定値のばらつきが比較的小さく、比較的正確に抵抗値を測定できる。
【００１１】
なお、前記一対の電極と前記抵抗体とを同一の材料から形成してもよい。この場合、前記電極は前記抵抗体よりも厚く形成される。
前記電極と前記抵抗体とは、実質的に同一の上面を備えていてもよい。
【００１２】
例えば、前記絶縁性基板の一面には、一対の凹部が形成され、前記一対の電極は、前記絶縁性基板の前記一対の凹部に形成され、前記抵抗体は、前記絶縁性基板の前記一対の凹部間の領域に形成され、前記電極と実質的に同一の上面を有して形成される。
【００１３】
例えば、前記一対の電極は、第１の導電材料で形成された第１の層と、前記第１の層よりも抵抗率が高く、前記抵抗体と実質的に同一の材料から形成された第２の層との少なくとも２つの層が積層されて形成されてもよい。この場合、前記抵抗体と前記第２の層とは、一体に形成されてもよい。
【００１４】
前記絶縁性基板の前記一対の凹部間の領域を、前記絶縁性基板の一面に対して窪ませ、この窪み部に前記抵抗層を形成してもよい。
【００１５】
前記電極と前記抵抗体とは、例えば、導電ペーストを焼成して形成されている。
【００１６】
前記絶縁性基板の一面に平行に延び、前記一対の電極にそれぞれ接続された測定プローブ接触用の測定端子をさらに配置し、例えば、４端子ケルビン法等を可能としてもよい。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る半導体装置の製造方法は、
一面に互いに離間して配置された一対の凹部を有する絶縁性基板を用意する工程と、
前記絶縁性基板の前記一対の凹部を含む領域に導電性ペーストを塗布する塗布工程と、
前記導電性ペーストを焼成し、膜状の抵抗体と前記抵抗体よりも厚く、シート抵抗の小さい一対の電極を形成する工程と、
を備える。
【００１８】
前記抵抗体と前記半導体と形成するための導電性ペーストは、例えば、同一の材質を有していてもよい。この場合、前記塗布工程は、例えば、前記一対の電極と前記抵抗体とを形成するための導電性ペーストを印刷する印刷工程から構成される。
【００１９】
前記塗布工程は、例えば、一対の凹部の底部に第１の導電性ペーストを配置し、続いて、前記抵抗体を形成する第１の導電性ペーストを塗布する工程と、から構成される。
【００２０】
前記塗布工程後、塗布された導電性ペーストの表面を均一にするレベリング工程を実行してもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態として、本発明をハイブリッドＩＣに適用した例について説明する。
【００２２】
本実施の形態に係るハイブリッドＩＣ１は、図１に断面で、図２に平面で示すように、絶縁性基板１１と、抵抗体１２と、一対の電極１３ａ、１３ｂと、支持板１５とを備える。
【００２３】
絶縁性基板１１は、例えば、ガラス繊維を含有したエポキシ樹脂やセラミック等の絶縁体から構成され、一面Ａの所定距離離れた位置に２つの凹部１４ａと１４ｂとが形成されている。凹部１４ａと１４ｂとは、幅がｍでほぼ同一の平面矩形状の形状を有し、深さｆを有する。
【００２４】
電極１３ａと１３ｂとは、それぞれ、凹部１４ａと１４ｂに配置されている。電極１３ａと１３ｂとは、凹部１４ａと１４ｂを充填して、実質的に同一の形状を有し、絶縁性基板１１の一面Ａよりｄだけ突出して形成されている。従って、その総厚ｅは、ｄ＋ｆとなる。この総厚ｅは、突出量ｄの３倍以上となるように選択されている。
【００２５】
抵抗体１２は、絶縁性基板１１の一面Ａ上に膜状に形成され、厚さｄ、幅ｍの膜状の構成を有し、一端は電極１３ａに接続され、他端は電極１３ｂに接続されている。即ち、抵抗体１２は、電極１３ａと１３ｂに跨るように形成されており、抵抗体１２と電極１３ａ、１３ｂとは、同一（面一）の上面と同一の幅を有している。また、抵抗体１２と電極１３ａ、１３ｂとは、同一の材料から構成されており、同一の抵抗率を有する。ただし、電極１３ａ、１３ｂの方が約３倍厚いため、電極１３ａ、１３ｂのシート抵抗の方が抵抗体１２のシート抵抗よりも低い。
【００２６】
支持板１５は、絶縁性基板１１の他面Ｂに固着され、放熱板を兼ねる金属製の板から構成される。
【００２７】
なお、図１、図２からは省略したが、実際のハイブリッドＩＣ１には、絶縁性基板１１の上に半導体素子や導電膜、抵抗膜等から構成される電気回路が形成されており、支持板１５にはこの電気回路に接続された電力用半導体素子が固着されている。
なお、絶縁性基板１１、抵抗体１２，電極１３ａ、１３ｂ、支持板１５等は、必要に応じて、樹脂封止体によって被覆される。
【００２８】
上記構成を有する抵抗体１２の抵抗値を測定する場合、まず、図３に模式的に示すように、一対の電極１３ａと１３ｂの間に抵抗体１２を介して、所定の定電流Ｉを流す。また、一対の電極１３ａと１３ｂとに電圧検出装置のプローブを当接させて、抵抗体１２の両端に生じた電圧Ｖを測定する。この測定によって検出された電圧Ｖに基づいて、Ｒ＝Ｖ／Ｉによって抵抗体１２の抵抗値を算出する。この測定の際、プローブの電極１３ａ、１３ｂへの接触位置Ｐ１，Ｐ２にばらつきが生じるが、電極１３ａと１３ｂが抵抗体１２の３倍程度に厚く形成され、そのシート抵抗が十分に低く抑えられているので、接触位置のばらつきによる測定電圧の変化は小さく、正確な電圧測定が可能となる。
【００２９】
次に、上記構成を有するハイブリッドＩＣ１の製造方法を図４を参照して説明する。
【００３０】
はじめに、絶縁性基板１１の一面Ａを、フォトエッチング工程（ＰＥＰ）によりエッチングし、図４（ａ）に示すように、所望の平面形状を有する深さｆの凹部１４ａ、１４ｂを形成する。
次に、絶縁性基板１１上に、スクリーン印刷法を用いて、図２に示す抵抗体１２と電極１３ａ、１３ｂの平面パターンの形状に導電性ペースト１７を塗布する。この際、導電性ペースト１７をフォトリソグラフィ技術によりパターニングしてもよい。
【００３１】
これを室温で一定時間放置し、レベリング処理を行い、抵抗体１２と電極１３ａと１３ｂを構成する導電性ペーストの上面を平坦にし、さらに、凹部１４ａ、１４ｂを充填させる。
【００３２】
続いて、１２０℃〜１５０℃で１０分間程度乾燥させた後、絶縁性基板１１を焼成炉に入れ、約８５０℃の温度で焼成する。この焼成の作業により、導電性ペースト１７が導電性を有する膜となり、抵抗体１２と電極１３ａ、１３ｂが形成される。
その後、必要に応じて、形成された抵抗体１２と電極１３ａ，１３ｂの表面（上面）を研磨して平坦化し、樹脂封止材、セラミック封止材等により、絶縁性基板１１全体を封止する。
【００３３】
この製造方法によれば、抵抗体１２と電極１３ａと１３ｂとを、導電性ペーストを焼成して形成しているため、低抵抗の厚膜状の抵抗体を得ることができる。また、導電性ペーストを抵抗体１２と電極１３ａと１３ｂとの形成予定領域に印刷により配置しているので、導電性ペーストの塗布とパターニングが容易である。
【００３４】
導電性ペーストの塗布前に、電極形成用の凹部１４ａと１４ｂとを形成しておくので、ある程度の流動性を有する導電性ペーストを用いたり、レベリング処理を行っているにも拘わらず、電極形成部分の厚さを所望の厚さに維持することができる。さらに、電極と抵抗体の厚み比ｅ：ｄを凹部の深さｆによって比較的正確にかつ容易に制御することができる。これに対し、例えば、平坦面に抵抗体を形成するための薄い導電性ペースト膜と電極を形成するための厚い導電性ペースト膜を配置し、これを焼成する場合には、その形状を維持することは困難であり、所望の特性の抵抗素子を得ること自体が困難となる虞がある。
【００３５】
また、抵抗体と電極とを同一の導電性ペーストで印刷、焼成して形成するため、製造が容易である。
【００３６】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、上記実施の形態では、凹部１４ａと１４ｂとを同一の形状・サイズ・深さに形成したが、これらは互いに異なっていてもよい。同様に、図２では、抵抗体１２の幅と電極１３ａ，１３ｂの幅とを同一としたが、これらは異なっていてもよい。さらに、抵抗体１２の厚さｄと電極１３ａ、１３ｂが絶縁性基板１１の一面Ａから突出する量も（ｅ−ｆ）とは、互いに異なってもよい。
【００３７】
また、図３の説明では、測定用プローブを電極１３ａ，１３ｂに当接させて、抵抗体１２の両端に生じる電圧を測定した。しかし、正確に抵抗体１２の抵抗値を測定するためには、４端子ケルビン法を使用することが望ましい。この４端子ケルビン法による電圧測定を容易かつ正確に実施可能とするために、例えば、図５に断面で、図６に平面で示すように、電極１３ａ、１３ｂから水平方向に突起した測定端子１６ａ、１６ｂを形成して、この測定端子１６ａ，１６ｂにプローブを接触させて、電圧測定を行ってもよい。
【００３８】
この場合には、例えば、凹部１４ａ、１４ｂを形成すると共に測定端子１６ａ、１６ｂ形成用の凹部を絶縁性基板１１に形成し、導電性ペーストを測定端子１６ａ、１６ｂの形成予定領域にも塗布し、これを焼成して、測定端子１６ａ、１６ｂを形成する。
【００３９】
上述の説明では、電極１３ａ，１３ｂの厚みｅを抵抗体１２の厚みｄの３倍に設定したが、電極１３ａと１３ｂの厚さと抵抗体１２の厚さｄの比を、３よりも大きくしてもよく、逆に３より小さくしてもよい。ただし、電極１３ａ，１３ｂとプローブとの当接位置のずれによって測定値が大きく増減することがないように、電極１３ａ，１３ｂの厚みｅを抵抗体１２の厚みｄの２倍以上、望ましくは３倍以上に設定するのが好ましい。
【００４０】
また、絶縁性基板１１の凹部１４ａ，１４ｂの間の抵抗体１２形成領域をエッチングして窪ませることにより、図７に断面で示すように、抵抗体形成領域を絶縁性基板１１の一面Ａよりも下側に位置させても良い。このような構成とすることにより、一面Ａからあまり突出させることなく、比較的厚くシート抵抗の小さい抵抗体１２を得ることができる。
【００４１】
上記実施の形態では、電極１３ａ，１３ｂの厚さを調整することにより、電極１３ａ，１３ｂのシート抵抗を小さくしたが、電極１３ａ，１３ｂのシート抵抗を抑える手法は任意である。例えば、図８に示すように、電極１３ａ，１３ｂを抵抗率の小さい導電材料から構成された低抵抗層１８ａ、１８ｂと、抵抗体１２を構成する導電材料から構成される抵抗形成層１９ａ，１９ｂとから構成することも可能である。この場合には、例えば、抵抗率の小さい第１の導電ペーストを凹部１４ａ，１４ｂの底部（例えば、絶縁性基板１１の一面まで）に配置し、続いて、その上に、第１の導電性ペーストよりも、抵抗率の高い抵抗体１２と電極１３ａ，１３ｂの一部を形成する導電性ペーストを印刷（塗布）し、これを焼成すればよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、低抵抗の抵抗体を備えた半導体装置が得られ、さらにその抵抗値を精度良く測定することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るハイブリッドＩＣの模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るハイブリッドＩＣを模式的な平面図である。
【図３】抵抗体の抵抗値を求める方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るハイブリッドＩＣの製造方法を説明するための工程図である。
【図５】測定端子を備える半導体装置の断面図である。
【図６】測定端子を備える半導体装置の平面図である。
【図７】絶縁性基板の表面よりも低い位置に下面を持つ抵抗体を備える半導体装置の断面図である。
【図８】多層構造を有する電極を備える半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１１絶縁性基板
１２抵抗体
１３ａ、１３ｂ電極
１４ａ，１４ｂ凹部
１５支持板
１６ａ、１６ｂ測定端子
１７導電性ペースト
１８ａ，１８ｂ底抵抗層
１９ａ，１９ｂ，抵抗形成層

Claims

絶縁性基板と、
前記絶縁性基板に形成された一対の電極と、
前記一対の電極間に、前記一対の電極と実質的に同一の材料から形成された抵抗体と、
を備え、電極と前記抵抗体とは、前記電極のシート抵抗が前記抵抗体のシート抵抗よりも小さくなるように形成されている、
ことを特徴とする半導体装置。
前記一対の電極と前記抵抗体とは同一の材料から形成され、前記電極は前記抵抗体よりも厚く形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記電極と前記抵抗体とは、実質的に同一の上面を備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
前記絶縁性基板の一面には、一対の凹部が形成されており、
前記一対の電極は、前記絶縁性基板の前記一対の凹部に形成されており、
前記抵抗体は、前記絶縁性基板の前記一対の凹部間の領域に形成され、前記電極と実質的に同一の上面を有して形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
前記一対の電極は、第１の導電材料で形成された第１の層と、前記第１の層よりも抵抗率が高く、前記抵抗体と実質的に同一の材料から形成された第２の層との少なくとも２つの層が積層されて形成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
前記抵抗体と前記第２の層とは、一体に形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
前記絶縁性基板の前記一対の凹部間の領域は、前記絶縁性基板の一面に対して窪んでおり、この窪み部に前記抵抗層が形成されている、ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記電極と前記抵抗体とは、導電ペーストを焼成して形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
前記絶縁性基板の一面に平行に延び、前記一対の電極にそれぞれ接続された測定プローブ接触用の測定端子をさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
一面に互いに離間して配置された一対の凹部を有する絶縁性基板を用意する工程と、
前記絶縁性基板の前記一対の凹部を含む領域に導電性ペーストを塗布する塗布工程と、
前記導電性ペーストを焼成し、膜状の抵抗体と前記抵抗体よりも厚く、シート抵抗の小さい一対の電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記抵抗体と前記半導体とを形成するための導電性ペーストは、同一の材質を有し、
前記塗布工程は、前記一対の電極と前記抵抗体とを形成するための導電性ペーストを印刷する印刷工程から構成される、ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
前記塗布工程は、一対の凹部の底部に第１の導電性ペーストを配置し、続いて、前記抵抗体を形成する第１の導電性ペーストを塗布する工程と、から構成されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
前記塗布工程後、塗布された導電性ペーストの表面を均一にするレベリング工程を備える、ことを特徴とする請求項１０、１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。